搜索与优化是人工智能领域里的一个基本研究方向。搜索是对一个问题的求解过程。优化是指在满足一定条件下，在众多可选集合中寻找优方案，使某个或多个功能指标达到优，从而提高系统效率、合理利用资源。智能搜索与优化是利用人工智能技术，使得优化问题的求解更精确、高效和优美。如今，该技术已广泛引用于社会生产各领域。
本书结合生动有趣的案例，深入浅出地讲解了启发式方法、局部搜索算法、模拟退火算法、演化算法等算法技术的工作原理和应用过程，为初学者提供了便捷的入门指引。

周爱民，博士，华东师范大学计算机科学与技术学院研究员。主要研究方向为演化搜索与优化、智能教育。

一 什么是智能搜索与优化——田忌赛马
从田忌赛马到搜索与优化
穷举法：一个晋适的求解方法
问题特性与分类
启发式方法
搜索与优化发展历程
小结
二 条条大路通罗马——最短路径
从谚语走人最短路径问题
寻宝问题
图搜索方法
寻宝问题求解
小结
三 环游世界与送外卖——TSP
环游世界与送外卖
图搜索问题的常规解法
局部搜索算法
模拟退火算法
TSP求解
小结
四 成为数独之王——约束满足
风靡世界的数独游戏
什么是约束满足问题
约束满足问题求解
数独问题求解
小结
五 永不疲倦的画家——演化算法
铅笔画《蒙娜丽莎》
生物进化
演化算法
铅笔画的自动生成
演化算法讨论分析
小结
六 女巫的糖果屋——多目标优化
从糖果屋到多目标优化
帕累托最优解
多目标优化求解方法
求解与决策
小结
参考文献

人类已经进入智能时代
。以互联网、大数据、云计
算、区块链特别是人工智能
为代表的新技术、新方法，
正深刻改变着人类的生产方
式、通信方式、交往方式和
生活方式，也深刻改变着人
类的教育方式、学习方式。
人类第三次教育大变革
即将到来
3000年前，学校诞生，
这是人类第一次教育大变革
。人类开肩了有目的、有计
划、有组织的文明传递历史
进程，知识被有效地组织起
来，文明进程大大提速。但
能够接受学校教育的人数在
很长时间里只占总人口数的
几百分之一甚至几千分之一
，古代学校教育是极为小众
的精英教育。
300年前，工业革命到来
。工业化生产向每个进入社
会生产过程的人提出了掌握
现代科学知识的要求，也为
提供这种知识的教育创造了
条件，这导致以班级授课制
为基础的现代教育制度诞生
。这是人类第二次教育大变
革。班级授课制极大地提高
了教育效率，使得大规模、
大众化教育得以实现。但是
，这种教育也让人类付出了
沉重的代价，人类教育从此
走上了标准化、统一化、单
一化道路，答案标准、节奏
统一、内容单一，极大地限
制了人的个性化和自由性发
展。尽管几百年来人们进行
了各种努力，力图通过学分
制、选修制、弹性授课制等
多种方式缓解和抵消标准化
班级授课制带来的弊端，但
总的说来只是杯水车薪，收
效甚微。
今天，网络化、数字化
特别是智能化，为实现大规
模个性化教育提供了可能，
为人类第三次教育大变革创
造了条件。
人工智能助力实现教育
个性化的关键是智适应学习
技术，它通过构建揭示学科
知识内在关系的知识图谱，
测量和诊断学习者的已有水
平，跟踪学习者的学习过程
，收集和分析学习者的学习
数据，形成个性化的学习画
像，为学习者提供个性化的
学习方案，推送最合适的学
习资源和学习路径。在反复
测量、推送、跟踪学习、反
馈的过程中，把握学习者的
最近发展区，为每个人提供
最适合的学习内容和学习方
式，激发学习者的学习兴趣
和学习热情，使学习者获得
成就感、增强自信心。
智能教育将是未来十年
人工智能发展的“风口”
人工智能正在加速发展
。从人工智能概念的提出，
到人工智能的大规模运用，
花费了50年的时间。而从深
蓝（Deep Blue）到阿尔法
狗（AlphaGo），再到阿尔
法虎（Alpha Fold），人工
智能实现三步跨越只用了22
年时间。
1997年5月，IBM的电脑
深蓝在一场著名的人机对弈
中首次击败了国际象棋大师
加里·卡斯帕罗夫（Garry
Kasparov），证明了人工智
能在某些情况下有不弱于人
脑的表现。深蓝的主要工作
原理是用穷举法，列举所有
可能的象棋走法，并利用为
加速搜索过程专门设计的“
象棋芯片”，采用并行搜索
策略进一步加速，在搜索广
度和速度上战胜了人类。
2016年3月，谷歌机器人
阿尔法狗第一次击败职业围
棋高手李世石。阿尔法狗的
主要工作原理是“深度学习”
。深度学习（deep
learning）是一种复杂的机
器学习算法，它试图模仿人
脑的神经网络建立一个类似
的学习策略，进行多层的人
工神经网络和网络参数的训
练。上一层神经网络会把大
量矩阵数字作为输入，通过
非线性加权和激活函数运算
，输出另一个数据集合，该
集合作为下一层神经网络的
输入，反复迭代构成一个“
深度”的神经网络结构。深
度学习本质上是通过大数据
训练出来的智能，其最终目
标是让机器能够像人一样具
有分析学习能力，能够识别
文字、图像和声音等数据。
……
智适应学习的研究和运
用目前也尚处于知识教学的
层面，与全面育人的理念和
教育功能相差甚远。从知识
学习拓展到能力养成、情感
价值熏陶，是更大的目标和
更大的挑战。研发3D智适
应学习系统，即通过知识图
谱、认知图谱、情感图谱的
整体开发，实现知识、能力
、情感态度教育的一体化，
提供有温度的智能教育个性
化学习服务。促进学习者快
学、乐学、会学，促进学习
者成长、成功、成才，是“
教育+人工智能”的出发点
，也是华东师范大学上海智
能教育研究院的追求目标。
培养智能素养，实现人
机协同
人工智能不仅正进入各
行各业，深刻改变所有行业
的面貌，而且影响到我们每
个人的生活；不仅为智能教
育的发展创造了条件，也提
出了提高教师运用智能教育
技术改进教学方式的能力的
要求，提出了提高全民智能
素养的要求。关键的一点是
学会人机协同。在智能时代
，能否人机互动、人机协同
，直接关系到一个人的工作
效能，关系到学生学习、教
师教学的效能和价值，也关
系到每个人的生活能力和生
活质量。对全体国民来说，
提高智能素养，了解人工智
能的基本原理、功能和产品
使用，就如同工业革命到来
以后，了解现代科学的知识
一样，已成为每个公民的必
备能力和基本素养。为此，
我们组织编写了这套“人工
智能与智能教育丛书”。
本丛书聚焦人工智能关
键技术和方法，及其在教育
场景应用的潜在机会与挑战
，提出智能教育的