計算思維與

智能計算基礎大學計算機基礎2025/10/142第11章人工智能應用2025/10/1431人工智能概述第節(jié)2025/10/144人工智能作為前瞻性和戰(zhàn)略性技術，正推動科技革命與產業(yè)變革推動科技革命，顛覆傳統(tǒng)模式應用廣泛：工業(yè)、醫(yī)療、交通、教育商業(yè)化成熟，部分替代人類勞動力技術、市場與需求共同驅動人工智能驅動產業(yè)變革如圖11.1人工智能應用2025/10/1455人工智能金融交通醫(yī)療健康教育電商零售安防智能投顧智能客服檢測診斷自動駕駛智能教室個性輔導智能評分無人公交智慧停車智能導購無人超市倉儲物流手術輔助健康管理醫(yī)學影像智慧工地智慧監(jiān)控智慧社區(qū)智慧交通應用領域應用場景工業(yè)領域2025/10/146工業(yè)領域11.1工業(yè)機器人分類2025/10/147機器人分類國際分類（IFR）：工業(yè)機器人、服務機器人中國分類：工業(yè)機器人、個人/家用服務機器人、公共服務機器人、特種機器人工業(yè)機器人分類2025/10/148工業(yè)領域的應用概述2025/10/149AI推動工業(yè)智能化轉型應對高人力成本、高風險、重復勞動技術應用：智能機器人、能源預測、圖像檢測領域覆蓋：訂單揀選、質量控制、設備維護深度融合：機械仿真、工藝優(yōu)化、智能倉儲現代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢智能工業(yè)機器人2025/10/1410工業(yè)機器人：未來智能裝備的前沿自動化機械裝置，替代或輔助人類工作融合機械工程、電子技術、AI等多學科產業(yè)特點：高投資、高收益、技術密集具備多關節(jié)機械臂，支持自主決策成為國家經濟增長的重要動力工業(yè)機器人的組成2025/10/1411主體：機座與執(zhí)行機構，一般具備3至6個自由度驅動系統(tǒng)：動力裝置與傳動機構，驅動執(zhí)行動作控制系統(tǒng)：根據程序發(fā)出指令，執(zhí)行控制功能工業(yè)機器人的三大組成部分工業(yè)機器人2025/10/1412工業(yè)機器人工業(yè)機器人分類

2025/10/1413工業(yè)機器人分類按用途：焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、潔凈機器人按結構：直角坐標、圓柱坐標、關節(jié)型（4-6軸）按負載：小型（<20kg）、中型（20-100kg）、大型（>100kg）智能工業(yè)機器人2025/10/1414機器人產業(yè)發(fā)展階段智能制造2025/10/1415智能制造：制造業(yè)強國戰(zhàn)略核心目標：實現從“制造大國”到“制造強國”（中國制造2025）工業(yè)4.0：智能工廠、物聯網、大數據、AI支撐定制化生產特性：自感知、自學習、自決策，推動智能化與數字化關鍵技術：高精度數控機床、智能機器人、智能傳感器效益：提升質量與效率，降低成本，優(yōu)化資源利用智能制造產業(yè)組成2025/10/1416醫(yī)療領域2025/10/1417醫(yī)療領域11.2醫(yī)療領域的應用概述2025/10/1418AI賦能醫(yī)療行業(yè)挑戰(zhàn)：老齡化、慢性病增加、醫(yī)務人員短缺AI優(yōu)勢：數據處理、輔助決策、資源優(yōu)化應用場景：電子病歷、影像輔助、醫(yī)療機器人、健康管理、藥物研發(fā)效益：提升效率與準確性，擴大醫(yī)療資源覆蓋醫(yī)療領域的應用2025/10/1419醫(yī)學影像診斷2025/10/1420AI助力醫(yī)學影像挑戰(zhàn)：影像數據激增，醫(yī)生閱片壓力增大AI應用：自動提取特征，病變檢測與診斷效益：提升診斷精準性、一致性與效率，減輕醫(yī)生負擔未來方向：推動個性化醫(yī)療，提高醫(yī)療服務質量智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1421傳統(tǒng)挑戰(zhàn)：醫(yī)生肉眼觀察易遺漏微小結節(jié)AI優(yōu)勢：深度學習算法，自動分析CT影像效益：精準識別毫米級肺結節(jié)，區(qū)分良惡性結果：提高肺癌早期發(fā)現率和診斷準確性腫瘤早期篩查與精準檢測：智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1422心腦血管疾病智能診斷：AI在腦卒中診斷中的應用挑戰(zhàn)：腦卒中發(fā)病急、進展快AI優(yōu)勢：幾分鐘內分析MRI/CT影像功能：自動識別出血性或缺血性特征（如水腫、出血灶）效益：為緊急救治贏得寶貴時間智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1423骨科疾病精準評估：挑戰(zhàn)：二維影像難全面展示骨折形態(tài)與移位效益：醫(yī)生可旋轉、縮放模型，直觀了解骨折全貌結果：為精準手術方案提供依據AI結合3D技術：自動生成骨折部位三維模型智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1424糖尿病視網膜病變自動化篩查：挑戰(zhàn)：糖尿病視網膜病變導致失明AI優(yōu)勢：自動分析眼底照片，識別微小血管變化和病變特征效益：篩查高風險患者，贏得早期干預時間智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1425乳腺癌智能篩查與風險評估：挑戰(zhàn)：乳腺癌是女性常見惡性腫瘤AI優(yōu)勢：自動分析X光片或超聲影像中的腫塊與鈣化灶功能：結合年齡、家族史等風險因素，提供個性化篩查與評估效益：助力乳腺癌早發(fā)現、早診斷、早治療智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1426慢性阻塞性肺疾?。–OPD）智能評估：挑戰(zhàn)：COPD影響全球數億人的生活質量AI優(yōu)勢：分析肺部CT影像中的組織密度與紋理變化功能：量化評估COPD嚴重程度效益：為個性化治療方案提供科學依據智能醫(yī)學影像診斷的臨床應用2025/10/1427人工智能在醫(yī)學影像診斷中的優(yōu)勢2025/10/1428AI在醫(yī)學影像診斷中的優(yōu)勢提高精準性：自動提取影像特征，減少誤診提升效率：快速處理數據，生成報告，縮短等待時間優(yōu)化資源配置：支持遠程醫(yī)療，促進資源均衡推動智能化升級：提升醫(yī)療服務便捷性與效率。智能機器人輔助手術2025/10/1429機器人輔助手術的發(fā)展起源：20世紀80年代，外科技術與科技結合突破：90年代首個商用系統(tǒng)——達芬奇問世優(yōu)勢：高靈活性、精確性、穩(wěn)定性，廣泛應用行業(yè)推動：美敦力、史賽克等公司紛紛推出手術機器人系統(tǒng)智能機器人輔助手術2025/10/1430第四代達芬奇手術機器人機器人輔助手術系統(tǒng)構成2025/10/1431機械臂系統(tǒng)：高靈活性與精確度：模擬人手動作，執(zhí)行縫合、切割、夾持等精細操作人體工程學設計：確保長時間手術中的舒適性與穩(wěn)定性效益：提升手術操作的精準性和效率

機器人輔助手術系統(tǒng)通常由以下幾個關鍵部分組成：機器人輔助手術系統(tǒng)2025/10/1432控制系統(tǒng)：核心功能：接收醫(yī)生指令，控制機械臂運動技術支持：AI技術與算法，進行復雜運動規(guī)劃與實時反饋調整交互方式：醫(yī)生通過操作手柄與顯示屏控制手術操作機器人輔助手術系統(tǒng)2025/10/1433組成：高分辨率攝像頭、3D成像技術、圖像處理軟件功能：提供清晰、放大、三維立體的手術視野效益：幫助醫(yī)生準確定位病灶和解剖結構，提高手術精度與安全視頻成像系統(tǒng)：機器人輔助手術系統(tǒng)2025/10/1434輔助設備：手術床、麻醉機、監(jiān)護儀等作用：構成完整的手術室環(huán)境，保障手術順利進行支持：為機器人輔助手術提供全方位支持輔助設備機器人輔助手術系統(tǒng)2025/10/1435機器人輔助手術系統(tǒng)構成機器人輔助手術臨床應用2025/10/1436機器人輔助手術技術的一些典型的應用領域：心胸外科：在心胸外科領域，機器人輔助手術技術被用于心臟瓣膜修復、冠狀動脈搭橋等復雜手術。機器人手術系統(tǒng)的高精度和穩(wěn)定性使得這些手術更加安全和有效。神經外科：神經外科手術對精度和穩(wěn)定性要求極高。機器人輔助手術系統(tǒng)能夠在狹小的腦室內進行精確操作，減少了對周圍腦組織的損傷和術后并發(fā)癥的發(fā)生。機器人輔助手術臨床應用2025/10/1437機器人輔助手術相比傳統(tǒng)手術的技術優(yōu)勢：精準度高：機器人手術系統(tǒng)具有極高的定位精度和運動穩(wěn)定性。機械臂能夠在狹小的手術空間內完成精確的操作，避免了傳統(tǒng)手術中因人手抖動或疲勞導致的誤差。減少了術后并發(fā)癥的發(fā)生。微創(chuàng)性：機器人手術通常采用小切口或穿刺孔進行操作，減少了手術創(chuàng)傷和出血量，有助于患者快速恢復并減少住院時間，降低了手術風險。機器人輔助手術臨床應用2025/10/1438操作范圍廣：機器人手術系統(tǒng)具有靈活的機械臂和廣泛的操作范圍。它們能夠到達傳統(tǒng)手術難以觸及的區(qū)域進行操作，如深部組織、狹窄空間等。實時反饋與調整：機器人手術系統(tǒng)具有實時反饋和調整功能。醫(yī)生可以通過顯示屏觀察到手術過程中的實時圖像和參數變化，并根據需要進行及時調整。減輕醫(yī)生負擔：機器人手術系統(tǒng)能夠承擔部分繁瑣和重復的手術操作任務，從而減輕了醫(yī)生的體力負擔和心理壓力。醫(yī)療健康管理2025/10/1439AI賦能醫(yī)療健康管理挑戰(zhàn)：效率低、資源不均、誤診率高AI優(yōu)勢：學習、推理、判斷，輔助精準決策效益：提升醫(yī)療服務質量與效率，優(yōu)化資源分配人工智能在醫(yī)療健康管理中的具體應用2025/10/1440（1）疾病預測與風險評估數據來源：基因信息、生活習慣、體檢數據AI優(yōu)勢：構建精準模型，提前識別疾病風險效益：個性化預防建議與治療方案應用場景：心血管疾病、糖尿病等慢性病預防

人工智能在醫(yī)療健康管理中的具體應用2025/10/1441（2）精準醫(yī)療與個性化治療支持技術：基因組學、蛋白質組學效益：提升治療效果，減少藥物副作用與資源浪費應用場景：癌癥治療，靶向藥物選擇，提高治療針對性個性化治療：解析基因變異、蛋白質表達，定制治療方案人工智能在醫(yī)療健康管理中的具體應用2025/10/1442（3）智能診斷與輔助決策技術優(yōu)勢：深度學習、圖像識別，自動分析醫(yī)學影像與病理切片效益：提高診斷效率與準確性，減少誤診和漏診臨床決策支持：整合病史、體檢、實驗室數據應用場景：肺結節(jié)檢測，自動識別微小結節(jié)并判斷良惡性人工智能在醫(yī)療健康管理中的具體應用2025/10/1443（4）健康管理與遠程監(jiān)控技術支持：物聯網與智能穿戴設備功能：實時監(jiān)測生理指標，提供個性化健康管理效益：提升醫(yī)療服務可及性與效率，方便遠程監(jiān)控應用場景：慢性病患者長期監(jiān)測與管理交通領域2025/10/1444交通領域11.3交通領域的應用概述2025/10/1445AI在交通領域的應用數據采集與分析：攝像頭、雷達采集信息，預測車輛與行人軌跡智能交通管理：導航、路線規(guī)劃、行為分析與危險預警實時反饋：智能信號燈根據車流調整，緩解交通壓力，提升效率自動駕駛2025/10/1446自動駕駛汽車(AutonomousVehicles、Self-drivingAutomobile)又稱無人駕駛汽車，是一種通過計算機系統(tǒng)實現無人駕駛的智能汽車。在20世紀已有數十年的發(fā)展歷史，在21世紀初呈現出接近實用化的趨勢。自動駕駛2025/10/1447百度自研的ApolloRT6自動駕駛的三個階段2025/10/1448自動駕駛，即車輛采集布置在車身周圍的各個攝像頭、激光雷達、全球定位系統(tǒng)等傳感器獲取的數據信息，通過對數據信息的處理分析從而獲得對周圍情況的感知并做出相應的決策，包括橫向與縱向的組合控制，橫向控制主要控制方向，縱向控制主要控制車速。自動駕駛的三個階段2025/10/1449自動駕駛系統(tǒng)技術路線自動駕駛過程2025/10/1450環(huán)境感知決策與規(guī)劃控制與執(zhí)行自動駕駛過程自動駕駛三個階段2025/10/1451自動駕駛三個階段2025/10/1452環(huán)境感知階段：通過車身周圍布置的高清攝像頭、高精度雷達等傳感器,對周圍環(huán)境進行數據采集探測,例如行人、車輛位置、車道線位置、車輛速度、交通信號燈等信息。決策與規(guī)劃階段:利用大數據、人工智能等相關技術，對采集到的信息進行分析處理并做出控制決策?？刂婆c執(zhí)行階段:將信息處理階段做出的控制決策傳遞給發(fā)動機管理系統(tǒng)、電動助力轉向系統(tǒng)等，從而實現車輛加速、減速和轉向等操作自動駕駛等級劃分2025/10/1453無人駕駛汽車面臨的問題與挑戰(zhàn)2025/10/1454技術挑戰(zhàn)：傳感器在夜間、惡劣天氣中的表現有限法律與成本問題：法規(guī)不完善，硬件與開發(fā)費用高昂未來方向：整合感知、決策、控制與反饋，提升安全與效率AI驅動：隨著技術進步，性能將持續(xù)優(yōu)化智慧交通2025/10/1455核心技術：計算機處理、信息技術、電子傳感，實現實時、高效交通管理作用：緩解擁堵、減少事故和污染，推動高速公路與智慧城市建設應用場景：路況查詢、違章查詢、停車服務、智能預警等成果：在北京、上海等城市落地，推動交通管理現代化智慧交通2025/10/1456智慧停車2025/10/1457挑戰(zhàn)：機動車增多導致停車供需失衡、管理效率低智慧停車解決方案：利用AI、物聯網、云計算，實現車位實時

更新、查詢、預定與導航效益：提升車位利用率與管理效率，集成導航、收費、監(jiān)控等功能成果：實現停車智能化、便捷化、數字化，推動產業(yè)發(fā)展智慧停車2025/10/1458教育領域2025/10/1459教育領域11.4教育領域11.4教育領域的應用概述2025/10/1460戰(zhàn)略背景：中國優(yōu)先發(fā)展教育，實施科教興國戰(zhàn)略轉變：AI推動教育數字化、智能化、個性化應用場景：智能搜索、學情檢測、智能備課、智慧校園未來展望：擴展應用場景，推動教育現代化與智慧社會建設智能教學2025/10/1461融合線上線下：構建高效課堂，提升教學效率與互動性完整流程：