前言

人类社会经历了信息化、数字化到现在的智能化变革，计算是每次变革的核心驱动力。计算已由1.0时代的专用计算、2.0时代的通用计算，发展到当下3.0时代的智能计算。随着社会、经济和生活的方方面面被“数据化”，数据已成为重要资产。基于数据的智能计算而产生的决策能力已成为核心竞争力，掌握和应用智能计算的相关技术也成为当代大学生应该具备的基本能力。

计算智能 （Computing Intelligence）是以数据为基础、以计算为手段建立模型，实现对智能的认识和模拟。计算智能借助自然界（生物界）的规律，设计求解问题的算法。物理学、化学、数学、生物学、心理学、生理学、神经科学和计算机科学等学科的现象与规律都可能成为计算智能的算法基础和思想来源。计算智能强调的是通过计算方法实现生物内在的智能行为，即智能算法的设计，涉及神经计算、膜计算、进化计算、粒群计算、蚁群算法、自然计算、免疫计算和人工生命等领域。计算智能的研究和发展反映了当代科学技术多学科交叉与集成的发展趋势。

智能计算 （Intelligent Computing）不同于计算智能，应该说，智能计算是计算智能的应用。智能计算的主要应用领域包括模式识别、优化计算、经济预测、金融分析、智能控制、机器人、数据挖掘、信息安全、医疗诊断等。本书所说的智能计算是一个广义的概念，指非计算机专业人士在应用计算机解决工作和生活中的问题时，如何充分发挥人的智能来合理、有效地使用相关的技术和方法。

本书主要面向生物、化学以及“新医科”等相关专业，与《智能计算技术与应用基础：面向新理工科》《智能计算技术与应用基础：面向新文科》构成“智能计算+专业融合”的通识课新形态系列教材。本系列教材中所说的智能计算更加强调面向非人工智能相关专业的大学生，使他们能够有效地应用现有的智能计算方法解决生活和工作中的问题。

在读者可以非常方便地进行在线学习并获取各种资源和知识的今天，学校的教育逻辑不再是传统的知识传递逻辑，而是逐渐转变为问题求解逻辑，即围绕解决问题开展学习，在求解问题的过程中学习和积累相应的知识。因此，高校培养的应该是学生在以下3个方面的能力：解决问题的思维方式（能想）、为解决问题而进行知识学习（能用）、创新性地求解问题（能创新）。本书就是按照问题求解逻辑编写的。

本书特色

● 使命式学习模式： 各章首先提出要完成的与专业相关的使命，然后围绕这一使命展开相关概念、技术和方法的学习，最后完成相应使命。

● 建立解决问题的思维，而非知识积累的思维： 本书将P-MASE研究性学习模型贯穿 于整个学习过程，使读者在解决一个个实际问题的过程中，专注解决问题的方案设 计，逐渐建立起为求解问题而进行研究和探索的思维模式，摒弃只注重知识积累的习惯性思维。P-MASE研究性学习模型包括引入问题（Problem）、寻找方法（Method）、科学分析（Analysis）、有效解决（Solution）和效果评价（Evaluation）5个环节。本书各章设计了引入问题、寻找方法、问题分析、问题求解和效果评价5个部分来对应上述5个环节。

● 可操作性强，提高学习兴趣： 本书的案例贴近实际、可操作性强，一步步地讲解并给出Python程序的实现代码，减少了读者开发程序和使用工具的困扰。读者可以快速复现问题的求解过程，简单修改代码来解决自己的个性化问题，这有助于读者提高学习智能计算技术和方法的兴趣，顺利迈入智能计算的大门。

● 面向非专业学生的通识和基础课程： 本书尽可能全面地呈现大学生应该掌握的基本思维、技术和方法，侧重对相关方法和技术的初步应用，兼顾对智能计算学科中原理知识的初步介绍。

● 提供丰富的学习资源： 本书是新形态教材，配有丰富的学习资源，读者通过扫描书中的二维码可以观看相关的教学视频和学习资料，学习更方便。

本书是以提高问题求解能力为目标、以解决专业相关问题为使命、以智能计算技术为支撑、以P-MASE研究性教学为路径而设计的。在教学过程中，教师通过各章的使命和综合案例，让学生自己发现问题并求解问题，提高学生利用智能计算技术解决专业问题的能力。从本书的思维导图中可以清楚地看到这四条思维分支。

本书得到了教育部新文科研究与改革实践项目、天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目——“智能+”背景下“四新”专业通识融合课程建设与实践示范项目的支持，以及2020年第一批产学合作协同育人项目“新工科”专业计算智能通识融合课程建设、“新文科”专业计算智能通识融合课程建设、“新医科”专业计算智能融合课程资源建设、南开大学通识融合课程教学团队建设项目和研究性教学团队建设项目的支持。

本书的编写分工如下：李敏、赵宏、李兴娟担任主编，并由李敏负责统稿。张伟刚、康介恢、赵宏编写第1章，王恺编写第2章，郭天勇编写第3章，高裴裴编写第4章，李兴娟编写第5章、第11章和第12章，李敏编写第6章，李敏、王恺编写第7章，赵宏编写第8章，于刚编写第9章，王刚编写第10章。感谢南开大学刘畅老师和康传泽、张宝磊同学提供的案例资源和参考代码。

由于编者水平所限，书中难免有错误和不妥之处，敬请同行和读者批评指正，在此表示衷心的谢意！

编者
2024年4月于南开园