人工智能从数学到大语言模型构建教程

第一部分：AI 基础与数学准备

1. 绪论：人工智能的过去、现在与未来

• 人工智能的定义与发展简史
• 从符号主义到统计学习、再到深度学习与大模型的变迁
• 本书内容概览与学习路径指引

2. 线性代数与矩阵运算

• 向量与矩阵的基本概念
• 矩阵分解（特征值分解、奇异值分解）
• 张量运算简介（为后续深度学习做准备）
• 在机器学习和深度学习中的应用示例

3. 概率论与统计基础

• 随机变量、分布与期望方差
• 贝叶斯理论与最大似然估计
• 信息论（熵、KL 散度等）在机器学习中的应用
• 大数定律与中心极限定理在模型训练与评估中的意义

4. 微积分与优化方法

• 函数、微分、积分回顾
• 梯度与偏导数，链式法则
• 凸优化与非凸优化
• 常用优化算法（梯度下降、牛顿法、随机梯度下降及其变体 Adam、RMSProp 等）

第二部分：传统机器学习与工程基础

5. 机器学习基础算法

• 监督学习：回归（线性回归、岭回归、Lasso）与分类（逻辑回归、SVM、决策树等）
• 无监督学习：聚类（K-Means、层次聚类等）、降维（PCA、t-SNE等）
• 强化学习的初步概念（马尔可夫决策过程、值函数、策略）
• 评估指标与交叉验证

6. 工程实践与数据处理

• 数据采集与预处理：清洗、去噪、特征工程
• 大规模数据存储与处理（分布式计算、Hadoop、Spark 等）
• 特征选择与特征构造
• Pipeline 与自动化训练流程管理

第三部分：深度学习原理与模型

7. 神经网络基础

• 感知机与多层感知机（MLP）
• 前向传播与反向传播
• 激活函数（Sigmoid、ReLU、Tanh、Leaky ReLU 等）
• 正则化与损失函数（L1/L2、Dropout、Batch Normalization 等）

8. 卷积神经网络（CNN）

• 卷积操作与池化操作原理
• 经典 CNN 架构介绍（Lenet、AlexNet、VGG、ResNet、Inception 等）
• 在图像识别、目标检测等方面的应用
• CNN 模型的优化技巧（数据增广、Batch Size、学习率调整等）

9. 循环神经网络（RNN）及其变体

• RNN 的结构与梯度消失/爆炸问题
• LSTM、GRU 等改进结构
• 在时间序列、序列预测、文本数据处理等任务中的应用
• 序列到序列模型（Seq2Seq）、注意力机制的早期引入

10. Transformer 与注意力机制

• 自注意力（Self-Attention）的核心原理
• Transformer 模型结构（Encoder、Decoder）
• 优势与局限（并行化、长程依赖等）
• 在机器翻译和语言理解任务上的应用案例

第四部分：NLP 核心技术与大语言模型

11. 自然语言处理基础

• 词向量（Word2Vec、GloVe）与分词技术
• 语料预处理与常见 NLP 任务（文本分类、情感分析、命名实体识别等）
• 评测指标（BLEU、ROUGE、Perplexity 等）
• 传统 NLP 模型回顾（n-gram、HMM、CRF 等）

12. 预训练模型与微调

• 语言模型的概念（语言模型、Mask Language Model 等）
• 预训练-微调范式的提出与意义
• BERT 系列、GPT 系列、ELMo、T5 等典型预训练模型
• 常见微调方法（全参数微调、Prefix Tuning、Adapter 等）

13. 大规模模型的训练与推理

• 数据准备与大规模数据清洗
• 分布式训练框架与并行策略（数据并行、模型并行、流水线并行）
• 混合精度训练、梯度累积、检查点保存等高效训练技巧
• 超大模型推理优化（Quantization、Knowledge Distillation 等）

14. 构建与部署大型语言模型的完整流程

• 从零开始搭建一个简化版 Transformer 语言模型
• 预训练、微调与评估的端到端示例
• 模型压缩与部署（TensorRT、ONNX 等），服务化与 API 化
• 线上推理性能监控与故障排查

15. 模型评估、对齐与伦理

• 语言模型的评估：准确性、一致性、多样性等指标
• 有害内容、偏见与道德风险
• 对齐技术与价值观（RLHF 等）
• 合规与隐私保护

第五部分：进阶与前沿

16. 多模态与跨领域应用

• 图像与文本的融合（CLIP、ALIGN 等）
• 文本与语音（ASR、TTS 以及语音聊天系统）
• 知识图谱与大型语言模型结合
• AI + IoT、AI + 医疗、AI + 金融等行业实践案例

17. 强化学习与决策智能

• 深度强化学习（DQN、Policy Gradient、PPO 等）
• 大模型 + 强化学习在对话系统与复杂任务中的应用
• AutoML 与 NAS（网络结构搜索）

18. 可解释性与可控性

• 模型可解释性框架（LIME、SHAP 等）
• 大模型的可控文本生成方法
• 对抗攻击与防御
• 安全与可靠性研究前沿

19. MLOps 与企业级 AI 解决方案

• 模型生命周期管理（数据版本控制、模型版本控制）
• 持续训练与持续集成/部署（CI/CD）
• 大规模分布式基础设施（Kubernetes、Kubeflow 等）
• AI 产品化与落地案例

第六部分：未来展望与总结

20. 未来趋势与挑战

• 超大规模模型的演化方向（多任务统一模型、通用人工智能雏形）
• 新型计算架构（类脑计算、光子计算、量子计算）对 AI 的影响
• 法规与社会影响（隐私、版权、伦理审查）