前言

在科幻小說和影視作品中，人工智能已被無數次幻想和描述過。隨著越來越多的現代電子信息與人工智能新技術和新產品“飛入尋常百姓家”，在日常生活和生產實踐中得到應用，人們對智能的要求和期望也越來越高。

智能是智力和能力的總稱，是一個涵蓋面很廣的概念，目前尚無非常統一、標準的科學度量方法能對智能做出準確的評價與判定。自20世紀50年代以來，人工智能便是最重要、最熱門的研究方向之一，各種新的概念、學說、技術和應用不斷呈現。隨著時代的進步和技術的發展，人工智能的內涵與外延，以及所涉及的領域與應用不斷得到拓展與提升，機器感知、分析和處理外界信息，模擬人類思維與行為并完成指定任務的能力越來越強，對計算能力、處理速度、應用研究和系統安全等提出了更高的要求，量子計算、區塊鏈及其相關新信息技術的發展與應用為此提供了機會和可能。

量子計算、機器學習、區塊鏈等的結合是信息技術與人工智能發展新階段出現的新趨勢、新事物，在傳統信息技術、機器學習、人工智能、通信網絡等理論與技術的基礎上演進出諸多新的理論、模型、算法等，推動了相關領域技術與應用的創新和發展，成為近年來學術研究和工程實踐的一大熱點。

在過去的二十多年中，我國在信息技術、互聯網、人工智能等方面取得了高速發展和豐碩成果。在此基礎上，近年來我國在這些領域又推出了一系列有關人工智能、區塊鏈、機器學習與量子計算等技術和應用的新戰略、新計劃。我國政府多次提出“要大力推動互聯網、大數據、人工智能的發展”，強調“區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用”，指出“量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值，是一項對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，將引領新一輪科技革命和產業變革方向”“量子科技發展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。加快發展量子科技，對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用”等，激勵著這些新興理論和技術的研究、發展與應用，推動著相關領域龍頭企業的成長及創新集群的形成，聚集效應和規模經濟逐漸顯現，新一輪科技革命與產業變革持續深入，產業格局加速重塑，以人工智能、區塊鏈、量子科技等為代表的新一代信息技術正在為新時期國家經濟社會的再次騰飛插上更加強勁的翅膀，引領我們邁入新的、更加美好的“智能+”時代。

本書作者長期從事人工智能與機器學習、信息通信技術與互聯網、電子信息裝備系統等方面的工程技術和教學科研工作，根據自身對量子計算、機器學習、區塊鏈、人工智能等新技術、新趨勢的研究與思考，基于高等學校相關專業和工程技術人員的需求，編撰成此書，希望能對相關的概念、原理、模型、算法、技術和應用等有一個比較全面系統的論述。

本書共分7章：第1章為緒論，主要介紹人工智能及量子計算、機器學習和區塊鏈等新技術的基本概念、發展趨勢；第2章為機器學習基礎，主要介紹有監督學習和無監督學習的基本理論與算法，使讀者初步掌握機器學習的基本原理與技術；第3章為量子信息與量子計算基礎，主要介紹量子信息與量子計算的數學基礎、比特操作、電路模型與基本應用等；第4章為量子計算與機器學習，主要介紹量子計算與機器學習的主要算法與技術；第5章為區塊鏈技術基礎，通過對單式賬本、復式賬本、去中心化等概念的介紹，講解區塊鏈的技術基礎和分布式原理及其密碼學和安全性問題；第6章為區塊鏈技術應用，主要介紹比特幣系統、以太坊和超級賬本這三個典型的區塊鏈技術應用；第7章為量子區塊鏈初探，主要對量子加密、量子區塊鏈和后量子密碼學等前沿技術問題進行初步分析和探討。

本書涉及的內容和新技術多、覆蓋面廣，在撰寫和論述過程中盡可能做到深入淺出、層次分明、理論鋪敘與應用舉例相結合，既可作為高校人工智能與機器學習、量子計算與區塊鏈、互聯網與信息技術等相關專業本科生、研究生的教學用書，也可作為相關領域工程技術人員的參考資料。

本書的編寫和出版得到了國家自然科學基金重大項目（NSFC：11590770/11590774）的資助，在此表示感謝！

因作者水平和經驗有限，且所涉及的內容均為尚在探索和發展中的新理論、新技術，書中錯誤之處在所難免，敬請廣大讀者指正。

作　者

2021年11月