本书为“十四五”高等职业教育新形态一体化系列教材之一，基于 Python 开发环境，精心设计了五个项目案例，详细阐述了每个项目设计开发的过程。其中，人工智能初探项目涵盖人工智能技术概念和开发环境搭建，包括多个图形输出任务，详细介绍了 Python 图形处理等基础知识 ；人工智能初级、中级和高级编程三个项目涵盖了 Python 语言数据类型、程序控制结构、面向对象设计和函数等知识，分多个任务介绍了人工智能技术的应用 ；人工智能数据分析项目涵盖数据运算、数据分析和数据可视化的设计与应用。
      本书按照企业人工智能项目开发的过程进行编写，项目案例均精选自企业和工程真实案例，每个项目均可单独设计开发，具有很强的代表性，全面训练学生的人工智能技术项目开发能力和创新能力。
      本书适合作为高等职业院校人工智能技术应用专业、物联网应用技术专业、软件技术专业、应用电子技术专业及相关专业人工智能编程或 Python 程序设计相关课程的教材，也可作为人工智能技术开发的初级参考书使用。

      本书以培养高素质技术技能型人才为目标，采用项目开发的课程教学模式，详细介绍了人工智能基础编程方法。通过项目教学，使学生掌握人工智能编程项目开发的过程，最终不仅能够完成课堂项目设计及实施，还能够胜任人工智能电子竞赛和相关工作的项目设计及实施，为未来的职业发展奠定基础。
     本书使用的是 Python 开发环境，具体内容可分为 3 个部分、5 个项目和 17 个任务。
     1. 人工智能初探篇：涵盖人工智能技术概念和应用、开发环境搭建等基础知识，包括项目一，设计了输出指定文字、绘制指定图形和绘制动态图形 3 个任务。
     通过学习上述 3 个任务，读者不仅能够掌握常用人工智能开发环境搭建，还能掌握人工智能图形输出的设计方法和思路。
     2. 人工智能编程篇：涵盖初级、中级和高级三个难度递增的编程知识，包括项目二、项目三和项目四。
     项目二主要介绍 Python 语言的基本数据类型、运算符、字符串和程序控制结构，将科学计算器项目划分为 6 个任务，从人机界面设计到功能实现，按照企业设计流程编写。
     项目三主要介绍 Python 语言的组合数据类型和函数，将成绩管理项目划分为 3 个任务，从界面输出、成绩管理到成绩统计三个方面进行知识讲解和应用设计方法说明。
     项目四主要介绍 Python 语言的面向对象知识，将员工管理项目划分为 2 个任务，从信息获取和输出两个方面介绍类和对象、构造和析构方法、继承和多态的知识。
     通过学习上述 3 个项目 11 个任务，读者能够掌握 Python 语言在人工智能技术方面的设计与应用。
     3. 人工智能数据分析篇：涵盖典型数据分析的设计与应用，包括项目五。
     项目五主要介绍使用 NumPy 库进行数据运算、使用 Pandas 库进行数据分析、使用 Matplotlib 库进行可视化绘图，按照数据获取、运算、分析和可视化绘图的流程介绍数据分析的过程，设计了 3 个任务实际操作人工智能数据分析的思路与方法。
     通过学习上述 3 个任务，读者可以完成常见人工智能数据分析典型项目的设计，掌握人工智能技术数据分析的项目开发方法和设计思路。
     本书 5 个项目设计过程均采用企业项目开发流程来展开，每个项目都可以单独使用。书中详细介绍了每个设计环节的设计内容和设计思路，并给出详细的代码和运行结果，全部代码均调试通过。本书除了作为高等职业教育人工智能技术应用等专业的教材外，还可作为人工智能技术开发设计的入门手册使用。
     本书具有以下特点：
     （1）按照软件项目开发的设计过程进行编写，采用项目开发设计思想进行教学，使学生潜移默化掌握软件项目开发的流程，构建人工智能技术项目开发的思路。
     （2）项目设计过程讲解详细，条理清晰，适合教师讲授，易于学生阅读。本书采用的项目都有较强的实践性，易于实现，可在实践过程中掌握相关的人工智能技术和设计方法。
     （3）项目中包含拓展部分，既可以使用所学知识解决实际问题，又能拓宽设计的思路，培养学生解决人工智能实际问题的能力。
     本书由大连职业技术学院唐敏任主编，由大连职业技术学院戴琳琳任副主编，大连职业技术学院张慧参与编写。项目一、项目二、项目三由唐敏和戴琳琳共同编写，戴琳琳负责任务拓展和项目拓展部分，其余部分由唐敏负责。项目四和项目五由唐敏和张慧共同编写，张慧负责项目四的任务拓展、项目拓展和项目五的任务实施、项目拓展部分，其余部分由唐敏负责。本书由大连职业技术学院洪运国主审。
     在本书选题策划、撰写到出版的全过程中，得到大连职业技术学院领导及教师的大力支持，在此表示衷心的感谢！
     本书配备的微课视频可扫描书中二维码观看，案例的配套资料可到中国铁道出版社教育资源数字化平台（https://www. tdpress.com/51eds）免费下载。
     由于作者水平有限，且全书撰写任务繁重，书中错漏之处在所难免，在此真诚欢迎读者多提宝贵意见，以期不断改进。
                                                                                                                                                              唐 敏
                                                                                                                                                  2025 年 3 月于大连

项目一 人工智能初探——图形输出项目 ....................................................................... 1
      任务一 输出社会主义核心价值观 ...............................................................................2
            任务描述 ..............................................................................................................2
            相关知识 ..............................................................................................................2
                  1.Python 的发展历程 ............................................................................................. 2
                  2.Python 的特点 ..................................................................................................... 3
                  3.Python 的应用领域 ............................................................................................. 3
            任务分析 ..............................................................................................................4
            任务实施 ..............................................................................................................4
                  1. 下载与安装 Python 解释器 ............................................................................... 4
                  2. IDLE 的应用 ....................................................................................................... 7
                  3. 下载与安装 PyCharm ....................................................................................... 10
                  4. PyCharm 的使用 ............................................................................................... 12
                  5. 第三方库的下载与安装 ................................................................................... 15
            任务拓展 ............................................................................................................16
      任务二 绘制红色三角形 ...........................................................................................17
            任务描述 ............................................................................................................17
            相关知识 ............................................................................................................17
                  1. 人工智能概述 ................................................................................................... 17
                  2. turtle 库的导入与使用 ..................................................................................... 18
            任务分析 ............................................................................................................20
            任务实施 ............................................................................................................20
            任务拓展 ............................................................................................................21
      任务三 绘制方形炫彩螺 ...........................................................................................24
            任务描述 ............................................................................................................24
            相关知识 ............................................................................................................24
                  1. AI+ 文旅 ........................................................................................................... 24
                  2. AI+ 传媒 ........................................................................................................... 25
                  3. AI+ 教育 ........................................................................................................... 25
                  4. AI+ 能源 ........................................................................................................... 25
                  5. AI+ 医药 ........................................................................................................... 25
                  6. AI+ 制造 ........................................................................................................... 26
                  7. AI+ 金融 ........................................................................................................... 26
                  8. AI+ 出行 ........................................................................................................... 26
                  9. AI+ 零售 ........................................................................................................... 27
                  10. AI+ 运营商 ..................................................................................................... 27
            任务分析 ............................................................................................................27
            任务实施 ............................................................................................................27
            任务拓展 ............................................................................................................28
项目总结 ....................................................................................................................29
项目拓展 ....................................................................................................................29
项目二 人工智能初级编程——科学计算器项目.......................................................... 32
      任务一 科学计算器界面 ...........................................................................................34
            任务描述 ............................................................................................................34
            相关知识 ............................................................................................................34
                  1. Python 编程规范 .............................................................................................. 34
                  2. 变量 ................................................................................................................... 36
                  3. 输入和输出 ....................................................................................................... 37
            任务分析 ............................................................................................................38
            任务实施 ............................................................................................................38
            任务拓展 ............................................................................................................38
      任务二 数据转换 ......................................................................................................39
            任务描述 ............................................................................................................39
            相关知识 ............................................................................................................40
                  1. 数字类型 ........................................................................................................... 40
                  2. 数字类型转换 ................................................................................................... 42
            任务分析 ............................................................................................................43
            任务实施 ............................................................................................................43
            任务拓展 ............................................................................................................44
      任务三 运算符应用 ..................................................................................................44
            任务描述 ............................................................................................................44
            相关知识 ............................................................................................................46
                  1. 运算符 ............................................................................................................... 46
                  2. 运算符的优先级 ............................................................................................... 51
            任务分析 ............................................................................................................52
            任务实施 ............................................................................................................53
            任务拓展 ............................................................................................................53
      任务四 字符串应用 ..................................................................................................54
            任务描述 ............................................................................................................54
            相关知识 ............................................................................................................55
                  1. 字符串 ............................................................................................................... 55
                  2. 转义字符 ........................................................................................................... 56
                  3. 字符串格式化 ................................................................................................... 56
                  4. 字符串的索引与切片 ....................................................................................... 59
                  5. 字符串的运算符 ............................................................................................... 60
                  6. 字符串的内置函数 ........................................................................................... 61
            任务分析 ............................................................................................................62
            任务实施 ............................................................................................................63
            任务拓展 ............................................................................................................64
      任务五 选择类应用 ..................................................................................................64
            任务描述 ............................................................................................................64
            相关知识 ............................................................................................................65
                  1. 条件语句 ........................................................................................................... 65
                  2. 条件结构的嵌套 ............................................................................................... 68
            任务分析 ............................................................................................................69
            任务实施 ............................................................................................................69
            任务拓展 ............................................................................................................70
      任务六 循环类应用 ..................................................................................................72
            任务描述 ............................................................................................................72
            相关知识 ............................................................................................................73
                  1. while 循环语句 ................................................................................................. 73
                  2. for 循环语句 ..................................................................................................... 74
            任务分析 ............................................................................................................75
            任务实施 ............................................................................................................76
            任务拓展 ............................................................................................................77
项目总结 ....................................................................................................................78
项目拓展 ....................................................................................................................79
项目三 人工智能中级编程——成绩管理项目 ............................................................. 81
      任务一 界面输出 ......................................................................................................82
            任务描述 ............................................................................................................82
            相关知识 ............................................................................................................83
                  1. 序列 ................................................................................................................... 83
                  2. 列表 ................................................................................................................... 86
                  3. 元组 ................................................................................................................... 95
            任务分析 ............................................................................................................98
            任务实施 ............................................................................................................99
            任务拓展 ..........................................................................................................100
      任务二 学生成绩管理 .............................................................................................101
            任务描述 ..........................................................................................................101
            相关知识 ..........................................................................................................102
                  1. 字典概述 ......................................................................................................... 102
                  2. 字典基本操作 ................................................................................................. 106
                  3. 字典的常用函数 ............................................................................................. 107
            任务分析 ..........................................................................................................110
            任务实施 ..........................................................................................................110
            任务拓展 ..........................................................................................................112
      任务三 学生成绩统计分析......................................................................................112
            任务描述 ..........................................................................................................112
            相关知识 ..........................................................................................................113
                  1. 函数的概念 ......................................................................................................113
                  2. 函数的定义与调用 ..........................................................................................114
                  3. 变量的作用域 ..................................................................................................119
                  4. 匿名函数与递归函数 ..................................................................................... 122
            任务分析 ..........................................................................................................124
            任务实施 ..........................................................................................................124
            任务拓展 ..........................................................................................................125
项目总结 ..................................................................................................................127
项目拓展 ..................................................................................................................128
项目四 人工智能高级编程——员工管理项目 ........................................................... 132
      任务一 员工信息的增加、删除与修改....................................................................133
            任务描述 ..........................................................................................................133
            相关知识 ..........................................................................................................134
                  1. 面向对象的概念 ............................................................................................. 134
                  2. 类和对象 ......................................................................................................... 135
                  3. 构造方法 ......................................................................................................... 138
                  4. 析构方法 ......................................................................................................... 139
            任务分析 ..........................................................................................................140
            任务实施 ..........................................................................................................141
            任务拓展 ..........................................................................................................143
      任务二 员工信息的显示和导入导出 .......................................................................144
            任务描述 ..........................................................................................................144
            相关知识 ..........................................................................................................145
                  1. 类的方法 ......................................................................................................... 145
                  2. 单继承 ............................................................................................................. 148
                  3. 多继承 ............................................................................................................. 151
                  4. 多态 ................................................................................................................. 152
            任务分析 ..........................................................................................................154
            任务实施 ..........................................................................................................154
            任务拓展 ..........................................................................................................155
项目总结 ..................................................................................................................158
项目拓展 ..................................................................................................................158
项目五 人工智能数据分析——数据处理项目 ........................................................... 164
      任务一 Numpy 数据运算——随机漫步项目 ...........................................................165
            任务描述 ..........................................................................................................165
            相关知识 ..........................................................................................................165
                  1. 初识 NumPy ................................................................................................... 165
                  2. NumPy 数组操作 ........................................................................................... 166
                  3. NumPy 矩阵操作 ........................................................................................... 171
                  4. NumPy 常用统计函数 ................................................................................... 175
            任务分析 ..........................................................................................................176
            任务实施 ..........................................................................................................177
      任务二 Pandas 数据分析——豆瓣读书数据处理与分析 ........................................179
            任务描述 ..........................................................................................................179
            相关知识 ..........................................................................................................179
                  1. Pandas 数据结构的基本操作 ........................................................................ 179
                  2. Pandas 的计算与统计 .................................................................................... 187
                  3. Pandas 其他常用函数 .................................................................................... 192
            任务分析 ..........................................................................................................199
            任务实施 ..........................................................................................................199
                  1. 文件读取 ......................................................................................................... 199
                  2. 数据清洗 ......................................................................................................... 200
      任务三 Matplotlib 可视化绘图——餐厅小费赠予情况数据可视化 ..........................203
            任务描述 ..........................................................................................................203
            相关知识 ..........................................................................................................203
                  1. Matplotlib 的绘制流程 ................................................................................... 204
                  2. Matplotib 基础图表的绘制 ............................................................................ 206
            任务分析 ..........................................................................................................216
            任务实施 ..........................................................................................................216
                  1. 小费金额与总消费金额的关系 ..................................................................... 216
                  2. 男性顾客与女性顾客小费赠予的区别 ......................................................... 217
                  3. 日期与小费的关系 ......................................................................................... 218
项目总结 ..................................................................................................................219
项目拓展 ..................................................................................................................219

唐敏，东北大学研究生学历、硕士学位。在企业从事一线研发工作11年，2010年至今就职于大连职业技术学院，担任专业教师，从事一线教育工作14年。2019年8月前往澳大利亚TAFE学院完成电气电子教师培训计划。2016年担任电子信息工程技术专业主任，2021年担任应用电子技术专业主任。2024年担任物联网应用技术专业主任。2022年评为辽宁省骨干教师；获得职业院校信息化教学大赛（高职组）国家二等奖1项，省级二等奖3项；指导学生获得职业院校技能大赛电子产品设计制作国家二等奖1项，嵌入式技术应用开发国家三等奖1项；发表论文《基于LPFSA与阶次跟踪的变速齿轮箱状态评估》于机械设计与制造（北大核心）期刊，论文《数字图像处理中的图像分割技术及其应用》已被2020年IEEE环境计算和智能发展国际会议收录。2021年8月编写《计算机应用技术与课程建设研究》著作，主编《单片机技术应用（C语言版）》、《EDA技术应用（Verilog语言版）》教材，《EDA技术应用（Verilog语言版）（第二版）》获评辽宁省十四五规划教材。受理授权1项发明和5项实用新型专利。

      本书通过五个项目案例，详细阐述了每个项目设计开发的过程。其中，人工智能初探项目涵盖人工智能技术概念和开发环境搭建，详细介绍了 Python 图形处理等基础知识 ；人工智能初级、中级和高级编程三个项目涵盖了 Python 语言数据类型、程序控制结构、面向对象设计和函数等知识，分多个任务介绍了人工智能技术的应用 ；人工智能数据分析项目涵盖数据运算、数据分析和数据可视化的设计与应用。
      本书按照企业人工智能项目开发的过程进行编写，项目案例均精选自企业和工程真实案例，每个项目均可单独设计开发，具有很强的代表性，全面训练学生的人工智能技术项目开发能力和创新能力。