边缘智能:关键技术与落地实践
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前言

随着新一代信息技术的发展,边缘智能已成为“智能+”的新风口。对于这个新概念,你可能既熟悉又陌生,会冒出一系列的问题:何为边缘智能,它与边缘计算什么关系,又与5G通信什么关系,云计算时代过去了吗,人工智能是如何演进为边缘智能的?通过本书的讲解,可以寻找到这些问题的答案。

本书的基本定位为“前瞻引领、体系创新”,重点在于梳理边缘智能的发展脉络,深入浅出地讲解何为边缘智能,在厘清概念范畴基础上探讨其关键技术和研究进展,并分享落地实践经验。

特色与亮点

(1)广度与深度的平衡

边缘智能是大数据、云计算、人工智能、智能芯片、边缘计算、联邦学习、区块链、5G通信等新一代信息技术大融合、大发展的产物,是面向“云-边-端”多领域技术综合集成的体系框架。因此,本书在理论的广度上,讲解了边缘智能的体系架构、数据、模型、资源;在实践的广度上,分析了智能安防、智慧电梯、智慧社区、智慧医疗、智慧交通等领域的应用及设计构想。同时,本书在理论的深度上,以开源平台资源为支撑,以“云-边-端”为框架,讲解了边缘智能中协同、信任、安全、优化等重要问题及解决方法;在实践的深度上,以危险物品检测、智能语音识别、垃圾图像分类、医疗数据管理、智慧交通应用系统等实践案例为核心支撑,进而避免了“程序简单初级、内容枯燥陈旧”的低级套路。

(2)理论与实践的结合

边缘智能是理论与实践深度结合的产物。没有新一代信息技术的发展,边缘智能体系就是“无源之水,无本之木”。因此,本书按照边缘智能的“云-边-端”框架,将边缘智能的理论学习与实践应用结合,并赋予相应的应用场景,尤其,将轻量级神经网络与危险物品检测结合、智能硬件模块与语音识别结合、基于联邦学习的计算机视觉与垃圾图像分类结合、联盟区块链与医疗数据管理结合、边缘智能与智慧交通应用系统结合,进而让理论指导实践,并让实践赋予理论更多的温度。

(3)开源与创新的支撑

开放的开源技术让普适价值回归到每一个人身边,是推动科技和产业革命的不竭动力,更是边缘智能技术体系“百花齐放”的真实写照。因此,本书所涉及程序均已在Github上开源,以期为人工智能技术的开源与知识共享传播贡献一份力量。此外,创新是科技进步的源泉,也是技术发展的不竭动力。本书的部分理论思考及实践案例是团队多年参加竞赛、学术交流、发明专利等创新成果的积累,也是本书在内涵上的重要特色。

学习建议与本书知识框架

希望通过本书的学习,读者可以从系统工程的角度对边缘智能体系进行思考,尤其重点理解如下观点:

边缘智能的关键是协同,重点是联合,具体为:架构的协同、数据的联合、模型的联合与资源的联合。

关于这句话的理解,可以将这一观点放在新一代信息技术发展的大背景下,从算法、算力、数据、网络、安全等角度对边缘智能发展的推动作用去思考,即可获得其中“真意”。

具体讲,架构的协同是基于“云-边-端”进行统一的架构设计,即将云端服务、边端资源、终端能力进行通盘考虑,进而为边缘智能的发展提供架构供体系支撑;数据的联合是对多源跨域异构数据进行深度安全可信的融合,进而打破各类约束条件下的“数据孤岛”,为边缘智能发展提供充足的数据支撑;模型的联合是面向“云-边-端”一体化架构在分布式、集中式、混合式部署模式下的具体化呈现,是实现高性能人工智能推理、训练的重要方式;资源的联合是整合“云-边-端”所涉及网络通信、计算、存储等资源的重要途经,是促进边缘智能高效落地应用的重要保障。

此外,本书各章节从知识前沿、领域关注、理论深度、具体案例等角度分别设计了相应的思维拓展模块题,可以启发读者研究思路。在参考资源部分,整理了大量开源代码资料,以期帮助读者提高动手实践能力。在参考文献部分,梳理了大量权威中文期刊、研究报告的公开资源,以期辅助相关研究的深入展开。

最后,纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,想要深入理解边缘智能,还需读者自己动手去进行理论推导、编程实践和实际应用,方可真正形成基于感性认识→理性认识→实践认识的闭合学习回路。

综上所述,本书的知识框架和学习思路如下图所示。

预期读者

(1)新一代信息技术初学者

边缘智能所涉及技术体系庞大,知识点繁多;同时,可选用资源又过度丰富,初学者容易无从下手。希望通过本书学习,初学者可以厘清知识脉络,找到适合自己的技术学习和发展路线。

(2)程序开发者

技术的生命在于应用转化,尤其在计算机科学领域,没有落地应用,技术很难有长远持续的发展。因此,希望本书中的实战案例讲解,对于具有一定开发基础的程序员、工程师,可以辅助其获得思路上的启发和实际应用场景的共鸣,为其所写代码赋予“有场景”的生命力,促进其对实际问题场景创造性地程序化描述,进而推动新一代信息技术的发展。

(3)前沿科技爱好者

开源是人工智能发展的必经之路,希望本书可为前沿科技爱好者提供共享技术、共享理念的交流平台,对开源社区建设、边缘智能知识的普及起到一定推动作用。

勘误与交流

由于作者水平有限,编著时间仓促,书中纰漏在所难免,恳请读者多提宝贵意见,批评指正,以促提高。

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再次感谢您的反馈与交流。

高志强

2020年10月

于西安