大數據及其在交通運輸中的應用

●大數據技術基礎理論知識：大數據的特征、分類、框架結構等。 ●Python編程基礎知識：各種模塊的講解，并配以實操案例。 ●機器學習模式識別：機器學習的類型、機器學習的基礎數學知識、樹和隨機森林算法、KNN算法、貝葉斯理論、支持向量機等模型和原理以及具體的Python代碼實現。 ●深度學習基礎知識及應用：深度學習的微積分基礎、線性代數基礎、案例詳解、深度學習框架以及硬件基礎、深度學習的駕駛意圖應用等。 ●深度學習的交通流預測研究：交通流理論基礎、交通流統計分布特性的基本理論知識、交通流數據預處理、深度學習的交通流預測等。

近年來，隨著大數據的引入和人工智能的發展，交通領域在大數據和人工智能的影響下不斷發展，追求更快、更準確、更智能化的研究越來越迫切。駕駛行為及意圖的識別、交通流的預測、交通規劃等交通領域的更新內容都需要大數據和人工智能的支撐。本書介紹了大數據的框架和基本內容、特點及原理等，從數據的獲取到深度學習，講解的內容由淺入深，并通過Python編程實現數據獲取和算法原理說明，使讀者容易理解和掌握。
本書的具體研究內容如下。
① 大數據概述：大數據的基本理論知識，大數據的特征、分類、框架結構等。
② Python基礎知識：各種模塊的講解，并配以案例實現。
③ 機器學習模式識別：機器學習的類型，機器學習的基礎數學知識，樹和隨機森林算法，KNN 算法，貝葉斯理論，支持向量機等模型和原理，以及具體的Python代碼實現。
④ 深度學習基礎及應用：深度學習的微積分基礎、線性代數基礎、案例詳解、深度學習框架以及硬件基礎、深度學習的駕駛意圖應用等。
⑤ 深度學習的交通流預測研究：交通流理論基礎、交通流統計分布特性的基本理論知識、交通流數據預處理等。
本書的出版得到了山東省自然科學基金面上項目(ZR2019MEE072)、教育部高等教育司“人因與工效學”產學合作協同育人項目(202101042014)、教育部人文社會科學研究規劃基金(18YJAZH067)、山東省自然科學基金面上項目(ZR2020MG021)、山東省泰山學者專項(ts201712054)、國家自然科學基金面上項目(5217052865)、工業流體節能與污染控制教育部重點實驗室項目(背景噪聲下小波包處理技術的深度學習聲紋識別研究)等資助。在此一并表示感謝。
最后，還要衷心感謝本書引用的參考資料的所有作者。由于筆者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請讀者批評指正。

著者

本書主要對大數據的理論基礎進行了介紹，并對大數據框架包含的內容進行了詳細講解。具體內容包括：對Python基礎知識的介紹，主要是在大數據的交通流預測中所能用到的Python基礎知識；對大數據所包括的內容及基礎理論知識的講解；數據挖掘的研究與分析，對交通流大數據的基礎數據的處理與分析；基于Python的機器學習模型的基礎理論知識的介紹、交通流和駕駛行為及意圖分析；基于Python的深度學習的理論講解與分析，并運用深度學習模型對交通流進行預測等。
本書可供交通運輸、交通工程、車輛工程、計算機等領域的技術人員、編程人員閱讀，也可供相關專業的師生學習參考。

第1 章　緒論001
1.1　大數據概述002
1.2　Python 概述003
1.3　交通運輸大數據概述004

第2 章　Python 基礎知識007
2.1　變量和簡單數據類型008
2.2　Python 語法基礎010
2.3　數據可視化020
2.4　數據的統計學特征025
2.5　代數和符號運算問題028
2.6　基本數學運算030
2.7　不同類型的數字031
2.8　Pandas 和NumPy 模塊032

第3 章　大數據基礎043
3.1　大數據044
3.2　Hadoop 大數據平臺046
3.3　大數據與人工智能050
3.4　探索性數據分析051
3.5　相關分析和回歸分析054
3.6　降維數據分析056

第4 章　機器學習模式識別065
4.1　人工智能、機器學習和深度學習關系066
4.2　機器學習基礎068
4.3　機器學習中的參數及擬合問題071
4.4　矩陣基本知識072
4.5　樹和隨機森林算法076
4.6　KNN 算法078
4.7　貝葉斯理論078
4.8　支持向量機080
4.9　神經網絡085

第5 章　深度學習基礎及應用101
5.1　深度學習中的微積分基礎102
5.2　深度學習的線性代數基礎106
5.3　基于Python 的神經網絡案例算法詳解107
5.4　深度學習框架113
5.5　深度學習的硬件基礎117
5.6　卷積神經網絡算法詳解118
5.7　循環神經網絡和長短期記憶網絡125
5.8　基于LSTM 的駕駛意圖識別130

第6 章　深度學習的交通流預測研究139
6.1　交通流理論基礎140
6.2　交通流的統計分布特性142
6.3　交通流數據預處理144
6.4　交通信息獲取技術146
6.5　宏觀交通流模型及微觀交通流模型147
6.6　基于深度學習的交通流預測149

參考文獻155