diff --git a/00-frontmatter/目录.md b/00-frontmatter/目录.md index e92dc6e..989371e 100644 --- a/00-frontmatter/目录.md +++ b/00-frontmatter/目录.md @@ -57,7 +57,9 @@ - 附录1:计算机基础与编程环境 - 附录2:Vibe Coding与工具链 - 附录3:学术论文撰写工作流 -- 附录4:在线学习资源 -- 附录5:其他资源 -- 附录6:参考文献 -- 附录7:关键术语表 +- 附录4:网络、网站与在线可视化 +- 附录5:在线学习资源 +- 附录6:其他资源 +- 附录7:参考文献 +- 附录8:关键术语表 + diff --git a/appendix/附录1-基础知识与编程环境.md b/appendix/附录1-基础知识与编程环境.md index 1169f6a..437ad75 100644 --- a/appendix/附录1-基础知识与编程环境.md +++ b/appendix/附录1-基础知识与编程环境.md @@ -1,6 +1,6 @@ # 附录1:计算机基础与编程环境 -本附录介绍计算机的基本构成、操作系统常见操作,以及Python编程环境的配置与核心工具库。 +本附录介绍计算机的基本构成、操作系统常见操作、程序设计语言的概念、Python编程语言的系统学习指南,以及机器学习与深度学习的实践入门。 ## 1 计算机的基本构成与操作系统常见操作 @@ -67,13 +67,80 @@ apt install xxx # Ubuntu/Debian | AutoDL | 按时计费 | 中期项目 | | 阿里云PAI | 国内稳定 | 生产部署 | -## 2 程序设计语言及其编译运行 +## 2 程序设计语言与软件开发 -### 2.1 Python概述 +### 2.1 什么是程序设计语言 -Python是AI领域的主流编程语言,语法简洁、生态丰富,适合快速原型开发和数据处理。 +计算机只能执行由0和1组成的**机器码**(machine code),但人类直接阅读和编写机器码极其困难。程序设计语言就是人与计算机之间的桥梁——用人类可读的语法表达逻辑,再通过特定工具转换为机器可执行的指令。 -### 2.2 Python环境配置 +从底层到高层的演进: + +| 层级 | 语言示例 | 特点 | +|------|---------|------| +| 机器码 | 二进制 `01101000` | 计算机直接执行,人类不可读 | +| 汇编语言 | `MOV AX, 1` | 与机器码一一对应,可读性低 | +| 低级语言 | C | 接近硬件,性能高,需要手动管理内存 | +| 高级语言 | Python, Java, JavaScript | 接近自然语言,开发效率高 | + +### 2.2 编译型与解释型语言 + +高级语言需要转换为机器码才能运行,根据转换方式的不同,分为两大类: + +**编译型语言(Compiled)**:程序编写完成后,通过编译器一次性将全部代码翻译成机器码,生成可执行文件。 + +``` +源代码 → 编译器 → 可执行文件 → 运行 +``` + +- **C/C++**:系统级开发、高性能计算、游戏引擎 +- **Go**:云服务、容器工具(Docker 即用 Go 编写) +- **Rust**:系统编程,兼顾性能与安全 + +特点:运行速度快,但每次修改代码都需要重新编译。 + +**解释型语言(Interpreted)**:程序运行时,由解释器逐行读取代码并即时执行,不需要预先编译。 + +``` +源代码 → 解释器逐行执行 +``` + +- **Python**:AI/数据科学的首选语言 +- **JavaScript**:网页交互、前端开发 +- **Ruby**:Web开发(Ruby on Rails) + +特点:开发灵活、调试方便,但运行速度通常慢于编译型语言。 + +**混合模式**:Java 采用"编译为字节码 → 虚拟机解释执行"的混合方式,兼顾了跨平台和性能。 + +### 2.3 常见编程语言概览 + +| 语言 | 类型 | 主要用途 | 与AI/设计的关系 | +|------|------|---------|---------------| +| Python | 解释型 | AI、数据科学、自动化 | 本书主要编程语言 | +| C/C++ | 编译型 | 操作系统、嵌入式、高性能计算 | 深度学习框架的底层实现 | +| Java | 混合型 | 企业应用、Android开发 | 大数据处理(Hadoop/Spark) | +| JavaScript | 解释型 | 网页前端、Node.js后端 | Web可视化、交互设计 | +| Shell/Bash | 解释型 | 命令行脚本、系统管理 | 自动化任务、环境管理 | +| SQL | 声明式 | 数据库查询 | 数据管理与提取 | + +**命令行界面(CLI)**:CLI(Command Line Interface)是通过文本命令与计算机交互的方式。终端中输入的每一条命令(如 `ls`、`git commit`)本质上都是调用某个程序。掌握 CLI 是进行AI开发的基础技能,许多工具(如 conda、pip、git)主要通过命令行操作。 + +### 2.4 软件开发基本概念 + +| 概念 | 英文 | 说明 | +|------|------|------| +| 集成开发环境 | IDE | 集成代码编辑、调试、运行的开发工具(如 VS Code、PyCharm) | +| 编译器 | Compiler | 将源代码翻译为机器码的程序 | +| 解释器 | Interpreter | 逐行读取并执行源代码的程序 | +| 调试器 | Debugger | 帮助定位和修复代码错误的工具 | +| 包管理器 | Package Manager | 管理第三方库的安装和更新(如 pip、conda、npm) | +| API | Application Programming Interface | 程序之间交互的接口(如调用AI模型的API) | +| 开源 | Open Source | 源代码公开,可自由使用和修改 | +| 版本控制 | Version Control | 管理代码的修改历史(如 Git) | + +### 2.5 Python环境配置 + +Python是本书使用的核心编程语言,以下介绍环境搭建方法。 #### Anaconda vs Miniconda @@ -98,7 +165,297 @@ conda install numpy pandas scipy pip install torch torchvision ``` -### 2.3 核心科学计算库 +## 3 Python编程语言 + +### 3.1 Python概述与特点 + +Python由Guido van Rossum于1991年发布,以"优雅""简洁""可读性强"为设计哲学。它是当前AI和数据科学领域使用最广泛的编程语言。 + +**核心特点**: +- 语法简洁,接近自然语言,入门门槛低 +- 丰富的第三方库生态(AI、数据处理、Web等) +- 跨平台运行(Windows、macOS、Linux) +- 活跃的开源社区支持 + +### 3.2 基础语法 + +#### 变量与数据类型 + +```python +# 变量赋值(无需声明类型) +name = "设计人工智能" # 字符串 str +version = 1.0 # 浮点数 float +chapter_count = 26 # 整数 int +is_published = True # 布尔值 bool + +# 查看类型 +print(type(name)) # +``` + +#### 字符串操作 + +```python +title = "设计人工智能" + +# 字符串拼接 +full_title = title + ":基础与应用" + +# 格式化输出 +print(f"本书名为《{full_title}》,共{chapter_count}章") + +# 常用方法 +print(title.lower()) # 设小写 +print(title.replace("人工智能", "AI")) # 替换 +print(len(title)) # 长度 +``` + +#### 注释 + +```python +# 这是单行注释 + +""" +这是多行注释(文档字符串) +常用于函数和类的说明 +""" + +# 好的注释解释"为什么",而不是"做什么" +``` + +### 3.3 数据结构 + +#### 列表(List) + +有序、可变的序列,最常用的数据结构。 + +```python +# 创建列表 +models = ["CNN", "RNN", "Transformer", "Diffusion"] + +# 访问元素(索引从0开始) +print(models[0]) # CNN +print(models[-1]) # Diffusion(倒数第一个) + +# 修改 +models.append("GAN") # 添加元素 +models.remove("RNN") # 删除元素 +models.sort() # 排序 + +# 切片 +print(models[1:3]) # 第2到第3个元素 +``` + +#### 字典(Dictionary) + +键值对结构,用于存储映射关系。 + +```python +# 创建字典 +model_info = { + "name": "ResNet", + "year": 2015, + "layers": 152, + "task": "图像分类" +} + +# 访问 +print(model_info["name"]) # ResNet + +# 添加/修改 +model_info["accuracy"] = 0.96 + +# 遍历 +for key, value in model_info.items(): + print(f"{key}: {value}") +``` + +#### 元组(Tuple) + +有序、不可变的序列,适合存储不变的数据。 + +```python +# 创建元组 +rgb = (255, 128, 0) + +# 解包 +r, g, b = rgb +``` + +#### 集合(Set) + +无序、不重复的元素集合。 + +```python +tools_a = {"Photoshop", "Figma", "Sketch"} +tools_b = {"Figma", "Blender", "Rhino"} + +# 集合运算 +print(tools_a & tools_b) # 交集: {"Figma"} +print(tools_a | tools_b) # 并集 +``` + +### 3.4 控制流 + +#### 条件判断 + +```python +loss = 0.05 + +if loss < 0.01: + print("模型收敛良好") +elif loss < 0.1: + print("模型基本收敛") +else: + print("模型需要继续训练") +``` + +#### 循环 + +```python +# for 循环 +epochs = [1, 2, 3, 4, 5] +for epoch in epochs: + print(f"训练第 {epoch} 轮") + +# range 生成序列 +for i in range(10): + print(f"第{i}次迭代") + +# while 循环 +loss = 1.0 +while loss > 0.01: + loss = loss * 0.9 # 模拟训练过程 +``` + +#### 列表推导式 + +简洁地创建新列表: + +```python +# 传统写法 +squares = [] +for x in range(10): + squares.append(x ** 2) + +# 列表推导式(推荐) +squares = [x ** 2 for x in range(10)] + +# 带条件过滤 +even_squares = [x ** 2 for x in range(10) if x % 2 == 0] +``` + +### 3.5 函数与模块 + +#### 定义函数 + +```python +def calculate_accuracy(correct, total): + """计算准确率""" + return correct / total + +# 调用函数 +acc = calculate_accuracy(95, 100) +print(f"准确率: {acc:.2%}") +``` + +#### 默认参数与关键字参数 + +```python +def train_model(epochs, lr=0.001, optimizer="Adam"): + print(f"训练 {epochs} 轮, 学习率={lr}, 优化器={optimizer}") + +# 多种调用方式 +train_model(100) +train_model(100, lr=0.01) +train_model(100, optimizer="SGD", lr=0.1) +``` + +#### 导入模块 + +```python +# 导入标准库 +import os +import json + +# 导入第三方库 +import numpy as np +import pandas as pd + +# 从模块中导入特定功能 +from pathlib import Path +from collections import Counter + +# 安装第三方库(在终端中执行) +# pip install numpy pandas matplotlib +``` + +### 3.6 文件读写 + +```python +# 读取文件 +with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f: + content = f.read() + +# 逐行读取 +with open("data.csv", "r", encoding="utf-8") as f: + for line in f: + print(line.strip()) + +# 写入文件 +with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f: + f.write("分析结果\n") + f.write(f"准确率: {acc:.4f}\n") + +# 读写JSON(AI应用中常用的数据格式) +import json + +data = {"model": "ResNet", "accuracy": 0.96} + +# 写入JSON +with open("result.json", "w") as f: + json.dump(data, f, indent=2) + +# 读取JSON +with open("result.json", "r") as f: + loaded = json.load(f) +``` + +### 3.7 面向对象编程基础 + +面向对象编程(OOP)是Python的重要范式,许多AI库都基于OOP设计。 + +```python +class NeuralNetwork: + """简单的神经网络类""" + + def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): + """初始化网络结构""" + self.input_size = input_size + self.hidden_size = hidden_size + self.output_size = output_size + self.loss_history = [] + + def forward(self, x): + """前向传播""" + # 这里简化为概念演示 + return f"输出: 输入{x}经过{self.hidden_size}个隐藏层神经元" + + def train(self, data, epochs=10): + """训练网络""" + for epoch in range(epochs): + loss = 1.0 / (epoch + 1) # 模拟损失下降 + self.loss_history.append(loss) + print(f"Epoch {epoch+1}, Loss: {loss:.4f}") + +# 创建实例 +model = NeuralNetwork(input_size=784, hidden_size=128, output_size=10) + +# 使用 +output = model.forward([0.5, 0.3, 0.8]) +model.train(data=None, epochs=5) +``` + +### 3.8 核心科学计算库 #### NumPy:数值计算基础 @@ -114,6 +471,11 @@ h = np.dot(x, W) # 矩阵乘法 # 激活函数 relu = np.maximum(0, h) # ReLU + +# 统计运算 +print(np.mean(x)) # 均值 +print(np.std(x)) # 标准差 +print(np.max(x)) # 最大值 ``` #### Pandas:数据处理 @@ -124,28 +486,39 @@ import pandas as pd # 读取数据 df = pd.read_csv('data.csv') +# 查看数据 +print(df.head()) # 前几行 +print(df.shape) # 行数和列数 +print(df.columns) # 列名 + # 数据清洗 -df = df.dropna() -df_normalized = (df - df.mean()) / df.std() +df = df.dropna() # 删除缺失值 # 统计分析 -df.describe() +print(df.describe()) # 描述性统计 + +# 筛选数据 +filtered = df[df['accuracy'] > 0.9] ``` -#### SciPy:科学计算 +#### Matplotlib:数据可视化 ```python -from scipy import optimize -from scipy.spatial import distance +import matplotlib.pyplot as plt -# 优化问题 -result = optimize.minimize(loss_func, x0) +# 折线图:训练损失曲线 +epochs = [1, 2, 3, 4, 5] +losses = [0.8, 0.5, 0.3, 0.15, 0.08] -# 距离计算 -dist = distance.euclidean(point1, point2) +plt.plot(epochs, losses, 'b-o') +plt.xlabel('Epoch') +plt.ylabel('Loss') +plt.title('Training Loss Curve') +plt.savefig('loss_curve.png', dpi=150) +plt.show() ``` -### 2.4 深度学习框架 +### 3.9 深度学习框架 #### PyTorch @@ -165,7 +538,9 @@ pip install tensorflow **特点**: - 生产部署优化 - Keras高级API - 跨平台支持 -### 2.5 AI工具库速查 +### 3.10 AI工具库速查与模型资源 + +#### 工具库速查 | 类别 | 工具 | 安装命令 | 功能 | |------|------|---------|------| @@ -176,15 +551,13 @@ pip install tensorflow | Agent开发 | LangGraph | `pip install langgraph` | 状态机式Agent开发 | | 数据检索 | LlamaIndex | `pip install llama-index` | 数据索引与检索(RAG) | -### 2.6 模型资源 +#### 模型资源 -#### Hugging Face +**Hugging Face**:[huggingface.co](https://huggingface.co/) -**网址**:[huggingface.co](https://huggingface.co/) +功能:模型仓库、数据集、Spaces在线演示 -**功能**: - 模型仓库 - 数据集 - Spaces在线演示 - -#### 常用预训练模型 +**常用预训练模型**: | 任务 | 推荐模型 | Hugging Face ID | |------|---------|----------------| @@ -192,3 +565,278 @@ pip install tensorflow | 目标检测 | YOLOv8 | Ultralytics | | 语义分割 | SAM | segment-anything | | 大语言模型 | Llama 3 | meta-llama/Meta-Llama-3-8B | + +## 4 机器学习与深度学习入门教程 + +本节通过一个完整的实践流程,带领读者从数据准备到模型训练,体验机器学习和深度学习的核心步骤。 + +### 4.1 机器学习 vs 深度学习 + +| 维度 | 机器学习 | 深度学习 | +|------|---------|---------| +| 代表算法 | 线性回归、决策树、SVM、随机森林 | CNN、RNN、Transformer | +| 特征工程 | 需要人工设计和选择特征 | 自动从原始数据中学习特征 | +| 数据需求 | 中小规模数据即可 | 通常需要大量数据 | +| 计算资源 | CPU即可 | 通常需要GPU | +| 适用场景 | 结构化数据分析、基线模型 | 图像、文本、语音等非结构化数据 | + +### 4.2 scikit-learn:机器学习实践 + +scikit-learn是Python最经典的机器学习库,提供了丰富的算法和工具。 + +#### 安装 + +```bash +pip install scikit-learn +``` + +#### 完整示例:鸢尾花分类 + +```python +import numpy as np +import matplotlib.pyplot as plt +from sklearn import datasets +from sklearn.model_selection import train_test_split +from sklearn.preprocessing import StandardScaler +from sklearn.linear_model import LogisticRegression +from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier +from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier +from sklearn.metrics import accuracy_score, classification_report + +# 1. 加载数据 +iris = datasets.load_iris() +X = iris.data # 特征:花萼长度、宽度,花瓣长度、宽度 +y = iris.target # 标签:三种鸢尾花 +print(f"数据集大小: {X.shape}, 类别数: {len(np.unique(y))}") + +# 2. 划分训练集和测试集 +X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( + X, y, test_size=0.3, random_state=42 +) + +# 3. 数据标准化 +scaler = StandardScaler() +X_train = scaler.fit_transform(X_train) +X_test = scaler.transform(X_test) + +# 4. 训练多个模型并比较 +models = { + "逻辑回归": LogisticRegression(), + "决策树": DecisionTreeClassifier(max_depth=3), + "随机森林": RandomForestClassifier(n_estimators=100), +} + +for name, model in models.items(): + model.fit(X_train, y_train) + y_pred = model.predict(X_test) + acc = accuracy_score(y_test, y_pred) + print(f"{name} 准确率: {acc:.2%}") + +# 5. 详细评估报告(以随机森林为例) +best_model = models["随机森林"] +y_pred = best_model.predict(X_test) +print("\n分类报告:") +print(classification_report(y_test, y_pred, target_names=iris.target_names)) +``` + +#### 机器学习工作流总结 + +``` +数据收集 → 数据预处理 → 特征工程 → 划分训练/测试集 + → 选择模型 → 训练 → 评估 → 调优 → 部署 +``` + +### 4.3 PyTorch:深度学习实践 + +PyTorch是当前研究和实验中最流行的深度学习框架,以动态计算图和Pythonic API著称。 + +#### 张量(Tensor)基础 + +张量是PyTorch的核心数据结构,类似于NumPy数组,但可以在GPU上运算。 + +```python +import torch + +# 创建张量 +a = torch.tensor([1.0, 2.0, 3.0]) +b = torch.zeros(3, 4) # 3×4 全零矩阵 +c = torch.randn(3, 4) # 3×4 随机矩阵 + +# 张量运算 +x = torch.tensor([1.0, 2.0, 3.0]) +y = torch.tensor([4.0, 5.0, 6.0]) +print(x + y) # 加法 +print(torch.dot(x, y)) # 点积 + +# NumPy互转 +import numpy as np +arr = np.array([1, 2, 3]) +tensor = torch.from_numpy(arr) # NumPy → Tensor +back = tensor.numpy() # Tensor → NumPy +``` + +#### 自动求导(Autograd) + +PyTorch的autograd模块可以自动计算梯度,是训练神经网络的核心。 + +```python +# 创建需要梯度的张量 +x = torch.tensor([2.0], requires_grad=True) + +# 前向计算 +y = x ** 2 + 3 * x + 1 # y = x² + 3x + 1 + +# 反向传播,自动计算 dy/dx +y.backward() +print(f"dy/dx = {x.grad}") # 应为 2x + 3 = 7(x=2时) +``` + +#### 完整示例:手写数字识别 + +以下是一个完整的神经网络训练流程,使用经典的MNIST数据集。 + +```python +import torch +import torch.nn as nn +import torch.optim as optim +from torchvision import datasets, transforms + +# 1. 数据准备 +transform = transforms.Compose([ + transforms.ToTensor(), # 转为张量 + transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,)) # 标准化 +]) + +train_dataset = datasets.MNIST('./data', train=True, download=True, transform=transform) +test_dataset = datasets.MNIST('./data', train=False, transform=transform) + +train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset, batch_size=64, shuffle=True) +test_loader = torch.utils.data.DataLoader(test_dataset, batch_size=1000) + +# 2. 定义模型 +class Net(nn.Module): + def __init__(self): + super().__init__() + self.fc1 = nn.Linear(28 * 28, 128) # 输入层 → 隐藏层 + self.fc2 = nn.Linear(128, 64) # 隐藏层 → 隐藏层 + self.fc3 = nn.Linear(64, 10) # 隐藏层 → 输出层(10个数字) + + def forward(self, x): + x = x.view(-1, 28 * 28) # 展平图像 + x = torch.relu(self.fc1(x)) # ReLU激活 + x = torch.relu(self.fc2(x)) + x = self.fc3(x) # 输出层不加激活 + return x + +model = Net() + +# 3. 定义损失函数和优化器 +criterion = nn.CrossEntropyLoss() +optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) + +# 4. 训练 +for epoch in range(5): + model.train() + total_loss = 0 + for batch_x, batch_y in train_loader: + optimizer.zero_grad() # 清零梯度 + output = model(batch_x) # 前向传播 + loss = criterion(output, batch_y) # 计算损失 + loss.backward() # 反向传播 + optimizer.step() # 更新参数 + total_loss += loss.item() + print(f"Epoch {epoch+1}, Loss: {total_loss/len(train_loader):.4f}") + +# 5. 测试 +model.eval() +correct = 0 +total = 0 +with torch.no_grad(): + for batch_x, batch_y in test_loader: + output = model(batch_x) + _, predicted = torch.max(output, 1) + total += batch_y.size(0) + correct += (predicted == batch_y).sum() + +print(f"\n测试准确率: {correct/total:.2%}") +``` + +### 4.4 使用预训练模型 + +在实际应用中,通常不需要从头训练模型,而是使用预训练模型进行微调或直接推理。 + +#### 使用Hugging Face Transformers + +```python +# 安装: pip install transformers + +from transformers import pipeline + +# 文本分类(情感分析) +classifier = pipeline("sentiment-analysis") +result = classifier("This design is amazing!") +print(result) +# [{'label': 'POSITIVE', 'score': 0.9998}] + +# 图像分类 +image_classifier = pipeline("image-classification") +result = image_classifier("building.jpg") +print(result) +# [{'score': 0.92, 'label': 'palace'}, ...] +``` + +#### 使用Ultralytics YOLO + +```python +# 安装: pip install ultralytics + +from ultralytics import YOLO + +# 加载预训练模型 +model = YOLO("yolov8n.pt") + +# 目标检测 +results = model("street_photo.jpg") + +# 查看结果 +for result in results: + boxes = result.boxes + for box in boxes: + cls = int(box.cls[0]) + conf = float(box.conf[0]) + label = model.names[cls] + print(f"检测到: {label}, 置信度: {conf:.2f}") +``` + +### 4.5 GPU加速 + +深度学习训练在GPU上可以快数十倍。PyTorch的GPU使用非常简洁: + +```python +# 检查GPU是否可用 +device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") +print(f"使用设备: {device}") + +# 将模型和数据移动到GPU +model = Net().to(device) + +# 训练时,数据也需要移到GPU +for batch_x, batch_y in train_loader: + batch_x = batch_x.to(device) + batch_y = batch_y.to(device) + # ... 后续训练代码不变 +``` + +在没有本地GPU的情况下,可以使用 [Google Colab](https://colab.research.google.com/) 免费使用云端GPU运行上述代码。 + +### 4.6 学习路径建议 + +| 阶段 | 内容 | 推荐资源 | +|------|------|---------| +| 入门 | Python基础 + NumPy/Pandas | 本附录 §3 | +| 机器学习 | scikit-learn实践 | [scikit-learn官方教程](https://scikit-learn.org/stable/tutorial/) | +| 深度学习基础 | PyTorch入门 + MLP | [PyTorch官方教程](https://pytorch.org/tutorials/) | +| 计算机视觉 | CNN + 图像分类/检测 | 本书第三篇 + CS231n | +| 自然语言处理 | Transformer + LLM | 本书第四篇 + CS224n | +| 生成式AI | Diffusion + AIGC工具 | 本书第五篇 | +| 前沿探索 | Agent + 具身智能 | 本书第六篇 | diff --git a/appendix/附录4-网络、网站与在线可视化.md b/appendix/附录4-网络、网站与在线可视化.md new file mode 100644 index 0000000..42920ab --- /dev/null +++ b/appendix/附录4-网络、网站与在线可视化.md @@ -0,0 +1,325 @@ +# 附录5:网络、网站与在线可视化 + +本附录介绍网络基础知识、网站搭建入门,以及在线数据可视化的工具与方法。 + +## 1 网络基础知识 + +### 1.1 互联网与Web + +互联网(Internet)是由全球计算机互相连接而成的网络。Web(万维网)是运行在互联网上的信息系统,通过浏览器访问网页来获取信息。 + +**核心概念**: + +| 概念 | 说明 | +|------|------| +| URL | 统一资源定位符,即网页地址(如 `https://example.com/page`) | +| HTTP/HTTPS | 浏览器与服务器之间传输数据的协议,HTTPS 为加密版本 | +| HTML | 网页的骨架,定义页面结构和内容 | +| CSS | 网页的样式,控制颜色、字体、布局等外观 | +| JavaScript | 网页的行为,实现交互功能和动态效果 | +| API | 应用程序接口,程序之间交换数据的标准方式 | + +### 1.2 前端与后端 + +一个完整的Web应用由前端和后端两部分组成: + +``` +用户浏览器(前端) ←→ 服务器(后端) ←→ 数据库 + HTML/CSS/JS Python/Node.js MySQL/PostgreSQL +``` + +**前端**:用户在浏览器中看到和操作的界面,使用 HTML、CSS、JavaScript 构建。 + +**后端**:运行在服务器上的程序,处理数据逻辑、存储和检索,可以用 Python(Flask/Django/FastAPI)、Node.js、Java 等实现。 + +### 1.3 API与数据交互 + +API(Application Programming Interface)是程序之间通信的接口。在AI应用中,调用大语言模型、获取在线数据等操作都通过API完成。 + +**RESTful API 基本概念**: + +| 方法 | 用途 | 示例 | +|------|------|------| +| GET | 获取数据 | 获取模型列表 | +| POST | 提交数据 | 发送文本让模型生成回复 | +| PUT | 更新数据 | 更新模型参数 | +| DELETE | 删除数据 | 删除一条记录 | + +**调用API的Python示例**: + +```python +import requests + +# 调用一个公开API获取数据 +response = requests.get("https://api.example.com/models") +data = response.json() # 将返回的JSON解析为Python字典 +print(data) + +# POST请求示例 +payload = {"prompt": "设计一个现代风格的客厅", "model": "stable-diffusion"} +response = requests.post("https://api.example.com/generate", json=payload) +``` + +### 1.4 JSON数据格式 + +JSON(JavaScript Object Notation)是Web上最常用的数据交换格式,几乎所有API都使用JSON传递数据。 + +```json +{ + "model": "ResNet", + "accuracy": 0.96, + "layers": [64, 128, 256, 512], + "metadata": { + "author": "He et al.", + "year": 2015 + } +} +``` + +Python中读写JSON: + +```python +import json + +# Python字典 → JSON字符串 +data = {"name": "Transformer", "year": 2017} +json_str = json.dumps(data, indent=2) + +# JSON字符串 → Python字典 +parsed = json.loads(json_str) +``` + +## 2 网站搭建入门 + +### 2.1 静态网站与动态网站 + +| 类型 | 说明 | 技术栈 | 适用场景 | +|------|------|--------|---------| +| 静态网站 | 页面内容固定,无需服务器处理 | HTML/CSS/JS | 作品集、项目文档 | +| 动态网站 | 内容根据请求动态生成 | 前端 + 后端 + 数据库 | 在线工具、数据平台 | + +### 2.2 静态网站快速搭建 + +对于设计专业的学生,最实用的方式是使用静态网站生成器搭建项目展示或文档站点。 + +**MkDocs**:用Markdown编写内容,生成美观的文档网站。 + +```bash +# 安装 +pip install mkdocs mkdocs-material + +# 创建项目 +mkdocs new my-site +cd my-site + +# 本地预览(浏览器访问 http://127.0.0.1:8000) +mkdocs serve + +# 构建静态文件 +mkdocs build +``` + +**GitHub Pages**:将静态网站免费部署到互联网。 + +1. 在GitHub上创建仓库 +2. 将网站文件推送到仓库 +3. 在仓库设置中启用 GitHub Pages +4. 即可通过 `https://username.github.io/repo` 访问 + +### 2.3 HTML/CSS/JavaScript 速览 + +#### HTML:页面结构 + +```html + + + + 我的设计作品集 + + +

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+ 设计作品 + 了解更多 + + +``` + +#### CSS:页面样式 + +```css +body { + font-family: "Helvetica", sans-serif; + max-width: 800px; + margin: 0 auto; + padding: 20px; +} + +h1 { + color: #2c3e50; + text-align: center; +} +``` + +#### JavaScript:页面交互 + +```javascript +// 点击按钮时显示消息 +document.getElementById("myButton").addEventListener("click", function() { + alert("按钮被点击了!"); +}); +``` + +### 2.4 前端框架简介 + +对于更复杂的Web应用,可以使用前端框架提升开发效率: + +| 框架 | 特点 | 适用场景 | +|------|------|---------| +| Vue.js | 渐进式框架,学习曲线平缓 | 交互式数据展示 | +| React | 组件化开发,生态最丰富 | 复杂单页应用 | +| Streamlit | Python编写Web应用 | AI模型展示、数据分析仪表板 | + +**Streamlit 示例**(用Python快速构建AI展示页面): + +```python +import streamlit as st + +st.title("图像分类演示") +st.write("上传一张图片,AI将识别其中的内容") + +uploaded_file = st.file_uploader("选择图片", type=["jpg", "png"]) +if uploaded_file: + st.image(uploaded_file, caption="上传的图片") + st.write("分类结果:建筑(置信度 95%)") +``` + +```bash +# 安装并运行 +pip install streamlit +streamlit run app.py +``` + +### 2.5 网站部署方式 + +| 方式 | 特点 | 费用 | +|------|------|------| +| GitHub Pages | 适合静态网站,免费 | 免费 | +| Vercel / Netlify | 支持前端框架自动部署 | 免费额度 | +| 云服务器(阿里云/腾讯云) | 完全控制,适合动态网站 | 按需付费 | +| Hugging Face Spaces | 适合AI模型演示 | 免费额度 | + +## 3 在线数据可视化 + +### 3.1 为什么需要数据可视化 + +设计领域的AI研究和实践经常涉及数据展示:训练损失曲线、模型性能对比、空间数据分析结果等。数据可视化将抽象的数字转化为直观的图形,帮助理解和决策。 + +### 3.2 Python可视化库 + +#### Matplotlib:基础绑图 + +```python +import matplotlib.pyplot as plt + +# 折线图 +epochs = range(1, 11) +train_loss = [0.9, 0.6, 0.4, 0.25, 0.15, 0.1, 0.07, 0.05, 0.04, 0.03] +val_loss = [0.85, 0.65, 0.45, 0.35, 0.28, 0.25, 0.24, 0.23, 0.23, 0.24] + +plt.figure(figsize=(8, 5)) +plt.plot(epochs, train_loss, 'b-o', label='Train Loss') +plt.plot(epochs, val_loss, 'r-s', label='Val Loss') +plt.xlabel('Epoch') +plt.ylabel('Loss') +plt.title('Training vs Validation Loss') +plt.legend() +plt.grid(True, alpha=0.3) +plt.savefig('loss_comparison.png', dpi=150, bbox_inches='tight') +plt.show() +``` + +#### Seaborn:统计可视化 + +基于Matplotlib,提供更美观的统计图表。 + +```python +import seaborn as sns + +# 热力图:相关性矩阵 +import numpy as np +data = np.random.randn(10, 10) +corr = np.corrcoef(data) + +sns.heatmap(corr, annot=True, cmap='coolwarm') +plt.title('Feature Correlation Heatmap') +plt.savefig('heatmap.png', dpi=150) +``` + +#### Plotly:交互式可视化 + +支持鼠标悬停、缩放、导出等交互操作,适合Web展示。 + +```python +import plotly.express as px + +# 交互式散点图 +df = px.data.iris() +fig = px.scatter(df, x="sepal_width", y="sepal_length", + color="species", size="petal_length", + title="Iris Dataset Scatter Plot") +fig.write_html("scatter.html") # 导出为网页 +fig.show() +``` + +### 3.3 在线可视化工具 + +无需编程,通过网页界面即可创建可视化: + +| 工具 | 特点 | 网址 | +|------|------|------| +| Observable | JavaScript驱动的交互式笔记本 | [observablehq.com](https://observablehq.com/) | +| Flourish | 拖拽式数据可视化,模板丰富 | [flourish.studio](https://flourish.studio/) | +| Datawrapper | 适合制作新闻级图表 | [datawrapper.de](https://www.datawrapper.de/) | +| Tableau Public | 强大的商业智能可视化 | [public.tableau.com](https://public.tableau.com/) | +| ECharts | 百度开源的交互式图表库 | [echarts.apache.org](https://echarts.apache.org/) | + +### 3.4 地理空间可视化 + +设计领域经常涉及地理和空间数据的可视化: + +| 工具 | 特点 | 适用场景 | +|------|------|---------| +| Folium | Python地图可视化库 | 在地图上标注数据点 | +| Kepler.gl | Uber开源的大规模地理数据可视化 | 城市数据分析 | +| Mapbox | 自定义地图样式 | 设计精美的交互地图 | +| QGIS | 开源GIS桌面软件 | 空间分析与制图 | + +**Folium 示例**(在地图上标记位置): + +```python +import folium + +# 创建地图(以某坐标为中心) +m = folium.Map(location=[39.9, 116.4], zoom_start=12) + +# 添加标记 +folium.Marker( + [39.9, 116.4], + popup="设计学院", + icon=folium.Icon(color="blue", icon="info-sign") +).add_to(m) + +# 保存为网页 +m.save("map.html") +``` + +### 3.5 可视化设计原则 + +| 原则 | 说明 | +|------|------| +| 选择合适的图表类型 | 比较→柱状图,趋势→折线图,占比→饼图,关系→散点图 | +| 保持简洁 | 每张图只传达一个核心信息,避免过度装饰 | +| 使用合理的色彩 | 同类数据用同色系,对比数据用对比色,注意色盲友好 | +| 标注清晰 | 标题、轴标签、图例、数据来源缺一不可 | +| 交互增强 | 在线可视化支持筛选、缩放、悬停查看详情 | diff --git a/appendix/附录4-在线学习资源.md b/appendix/附录5-在线学习资源.md similarity index 97% rename from appendix/附录4-在线学习资源.md rename to appendix/附录5-在线学习资源.md index adcc7d7..6a0f281 100644 --- a/appendix/附录4-在线学习资源.md +++ b/appendix/附录5-在线学习资源.md @@ -1,4 +1,4 @@ -# 附录4:在线学习资源 +# 附录5:在线学习资源 本附录整理AI学习过程中常用的在线课程、技术博客与文档、以及公开数据集。 diff --git a/appendix/附录5-其他资源.md b/appendix/附录6-其他资源.md similarity index 98% rename from appendix/附录5-其他资源.md rename to appendix/附录6-其他资源.md index a466181..982aef3 100644 --- a/appendix/附录5-其他资源.md +++ b/appendix/附录6-其他资源.md @@ -1,4 +1,4 @@ -# 附录5:其他资源 +# 附录6:其他资源 本附录整理AIGC工具、设计领域AI工具,以及设计AI相关的学术期刊与会议。 diff --git a/appendix/附录6-参考文献.md b/appendix/附录7-参考文献.md similarity index 98% rename from appendix/附录6-参考文献.md rename to appendix/附录7-参考文献.md index 1807782..ca01ea9 100644 --- a/appendix/附录6-参考文献.md +++ b/appendix/附录7-参考文献.md @@ -1,4 +1,4 @@ -# 附录6:参考文献 +# 附录7:参考文献 本部分整理教材中引用的论文、书籍和在线资源。 diff --git a/appendix/附录7-关键术语表.md b/appendix/附录8-关键术语表.md similarity index 99% rename from appendix/附录7-关键术语表.md rename to appendix/附录8-关键术语表.md index 216bdd6..186069d 100644 --- a/appendix/附录7-关键术语表.md +++ b/appendix/附录8-关键术语表.md @@ -1,4 +1,4 @@ -# 附录7:关键术语表 +# 附录8:关键术语表 本附录按章节整理书中涉及的关键中英文术语。