《人工智能》教學(xué)大綱

1、人工智能教學(xué)大綱課程編號(hào)：08397312課程名稱(chēng)：人工智能英文名稱(chēng)：Artificial Intelligence課程類(lèi)型：專(zhuān)業(yè)課課程要求：必修學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2（講課學(xué)時(shí)：28 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4 上機(jī)學(xué)時(shí)：0）適用專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)；軟件工程一、課程性質(zhì)與任務(wù)“人工智能”是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)必修的專(zhuān)業(yè)課，是分析、探索問(wèn)題求解策略及尋找解決工程問(wèn)題策略的理論基礎(chǔ)、方法和技術(shù)。人工智能代表了目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣和對(duì)社會(huì)影響最大的技術(shù)領(lǐng)域之一，是學(xué)生在人工智能領(lǐng)域進(jìn)一步研究其理論工作和軟件實(shí)現(xiàn)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。本課程主要研究人工智能的基本理論、知識(shí)表示方法、解決實(shí)際

2、應(yīng)用問(wèn)題的思路和框架，充分展示其方法和技術(shù)在解決復(fù)雜工程問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高學(xué)生的抽象思維能力和創(chuàng)新能力有著重要的作用。課程的任務(wù)是使學(xué)生能夠理解人工智能課程的基本概念、轉(zhuǎn)換思維進(jìn)行知識(shí)表示，并嫻熟地運(yùn)用相應(yīng)的基本知識(shí)、基本理論對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行知識(shí)表述、問(wèn)題描述，掌握人工智能領(lǐng)域中的搜索技術(shù)、推理技術(shù)和幾種基本智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析和求解經(jīng)典案例或?qū)嶋H案例得到解決實(shí)際問(wèn)題的思維訓(xùn)練，具備較強(qiáng)的解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)課程學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠初步將人工智能的知識(shí)表示用于描述復(fù)雜工程問(wèn)題，將人工智能的搜索技術(shù)、推理技術(shù)和智能系統(tǒng)等知識(shí)運(yùn)用于解決復(fù)雜工程問(wèn)題分析、方案策略的設(shè)計(jì)過(guò)程，提高解決實(shí)際工

3、程問(wèn)題的效率，并將人工智能的思維、分析能力持續(xù)運(yùn)用于不同的相關(guān)領(lǐng)域解決問(wèn)題的過(guò)程。二、課程與其他課程的聯(lián)系先修課程：離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序設(shè)計(jì)相關(guān)課程（Java、C+、C等）。后續(xù)課程：機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)綜合實(shí)踐等。課程中的消解原理、經(jīng)典邏輯推理、規(guī)則演繹系統(tǒng)、產(chǎn)生式系統(tǒng)等知識(shí)點(diǎn)是在離散數(shù)學(xué)中謂詞邏輯的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的擴(kuò)展和應(yīng)用，圖搜索等要以離散數(shù)學(xué)中的圖論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法中的結(jié)構(gòu)、算法為基礎(chǔ)展開(kāi)，程序設(shè)計(jì)為搜索、智能計(jì)算等算法設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)提供了支撐手段。后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)或?qū)嶋H工作中的各種應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建等均以本課程為基礎(chǔ)或是其特化，如大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、推薦系統(tǒng)

4、、模式識(shí)別等。三、課程教學(xué)目標(biāo)1學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)表示的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，掌握常用問(wèn)題的抽象表示方法，具備解決人工智能相關(guān)領(lǐng)域問(wèn)題的基本思想，能夠?qū)ο嚓P(guān)問(wèn)題抽象分析、設(shè)計(jì)相應(yīng)的解決方案，拓展創(chuàng)新思維。（支撐畢業(yè)能力要求2）。2學(xué)習(xí)人工智能的知識(shí)推理、搜索技術(shù)原理的基本知識(shí)，掌握領(lǐng)域問(wèn)題的搜索推理的過(guò)程，能夠根據(jù)工程領(lǐng)域中不同問(wèn)題設(shè)計(jì)其中相關(guān)部分的有效解決措施。（支撐畢業(yè)能力要求4）。3掌握人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專(zhuān)家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等的高級(jí)智能知識(shí)方法，能夠?qū)⑾鄳?yīng)的方法用于解決復(fù)雜工程問(wèn)題過(guò)程中的分析、提煉核心內(nèi)容、設(shè)計(jì)方案、和實(shí)現(xiàn)的具體步驟。（支撐畢業(yè)能力要求1）。4能夠根據(jù)特定問(wèn)題靈活

5、運(yùn)用搜索和推理的基本算法和技術(shù)算法，具有較強(qiáng)的邏輯思維和創(chuàng)新思想。（支撐畢業(yè)能力要求3）。5能夠通過(guò)文獻(xiàn)查閱、分析和總結(jié)相關(guān)理論的應(yīng)用領(lǐng)域、新興技術(shù)和方法及學(xué)科的前沿發(fā)展動(dòng)向，能合理選擇、運(yùn)用環(huán)境、工具和現(xiàn)有算法開(kāi)展工程性的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用，解決一些常規(guī)的人工智能領(lǐng)域問(wèn)題。（支撐畢業(yè)能力要求12）。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)1 一、基本概念1人工智能的概念與發(fā)展2人類(lèi)智能與人工智能3人工智能的認(rèn)知觀(guān)4人工智能的學(xué)科領(lǐng)域1了解人工智能的概念和發(fā)展，能解釋人工智能的研究對(duì)象。2能將人類(lèi)智能和人工智能適當(dāng)對(duì)比，說(shuō)明“智能”的真正含義。3能說(shuō)明幾種主

6、要的人工智能解決問(wèn)題的描述方法。4能夠通過(guò)查閱文獻(xiàn)列舉人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。2 講授、討論52 二、知識(shí)表示方法1狀態(tài)空間法2問(wèn)題歸約法3謂詞邏輯法4語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法5框架表示6本體表示7過(guò)程表示1能明確知識(shí)表示的對(duì)象。2運(yùn)用知識(shí)表示的狀態(tài)空間法、問(wèn)題歸約法、謂詞邏輯法和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法描述不同問(wèn)題，如數(shù)碼問(wèn)題、NPC或BOT移動(dòng)問(wèn)題、傳教士野人問(wèn)題、漢諾塔問(wèn)題、積木問(wèn)題、儲(chǔ)蓄問(wèn)題等。3能夠通過(guò)查閱文獻(xiàn)分別給出用框架表示法、本體表示法、過(guò)程表示法描述或解決的至少一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題。6講授、自學(xué)1、4、53三、搜索推理技術(shù)1圖搜索策略2盲目搜索3啟發(fā)式搜索4消解原理5規(guī)則演繹系統(tǒng)6產(chǎn)生式系統(tǒng)1能

7、解釋圖搜索的主要名詞，說(shuō)明圖搜索的基本原理，列出一般搜索過(guò)程的主要步驟。2能運(yùn)用盲目搜索、啟發(fā)式搜索等技術(shù)完成目標(biāo)搜索。3能基于消解原理推理出正確結(jié)論或結(jié)果。4能夠設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則演義系統(tǒng)和產(chǎn)生式系統(tǒng)，如動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)故障診斷系統(tǒng)等。8講授、1、24實(shí)驗(yàn)1：盲目搜索算法實(shí)驗(yàn)熟悉盲目搜索算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并運(yùn)用算法解決某個(gè)具體的人工智能應(yīng)用問(wèn)題，如傳教士野人問(wèn)題、數(shù)碼問(wèn)題等。2實(shí)驗(yàn)2、35實(shí)驗(yàn)2：?jiǎn)l(fā)式搜索算法實(shí)驗(yàn)熟悉算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并運(yùn)用算法解決一個(gè)具體的人工智能應(yīng)用問(wèn)題，如NPC或BOT的機(jī)器人位置轉(zhuǎn)移問(wèn)題、數(shù)碼問(wèn)題、旅行商問(wèn)題等。2實(shí)驗(yàn)2、36四、計(jì)算智能1神經(jīng)計(jì)算2遺傳算法3模糊計(jì)

8、算4進(jìn)化策略和進(jìn)化編程1能說(shuō)明計(jì)算智能的相關(guān)概念。2能根據(jù)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如異或邏輯的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決方案或簡(jiǎn)單的醫(yī)療診斷系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決方案等。3能解釋遺傳算法的基本特征和群體進(jìn)化思想，并解決一個(gè)具體問(wèn)題，如產(chǎn)品生產(chǎn)量預(yù)測(cè)問(wèn)題、預(yù)測(cè)模型的參數(shù)/變量確定問(wèn)題或推銷(xiāo)員問(wèn)題等。4講授、自學(xué)3、4、57五、專(zhuān)家系統(tǒng)1專(zhuān)家系統(tǒng)概述2基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)3基于框架的專(zhuān)家系統(tǒng)4基于模型的專(zhuān)家系統(tǒng)1能解釋專(zhuān)家系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)，并分辨其類(lèi)型。2能利用基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單專(zhuān)家系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)配置過(guò)程專(zhuān)家系統(tǒng)或汽車(chē)裝配過(guò)程監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)等。3能準(zhǔn)確說(shuō)明基于框架、

9、模型的專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)成和主要差異。4講授、自學(xué)3、4、58六、機(jī)器學(xué)習(xí)1機(jī)器學(xué)習(xí)概述2機(jī)器學(xué)習(xí)3類(lèi)比學(xué)習(xí)4歸納學(xué)習(xí)5解釋學(xué)習(xí)6知識(shí)發(fā)現(xiàn)1能正確解釋機(jī)器學(xué)習(xí)的基本概念。2能完整說(shuō)明機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特征。3能辨析和解釋類(lèi)比學(xué)習(xí)、歸納學(xué)習(xí)、解釋學(xué)習(xí)、知識(shí)發(fā)現(xiàn)等幾種機(jī)器學(xué)習(xí)方法。2講授、自學(xué)、討論59七、人工智能的爭(zhēng)論與展望通過(guò)查閱文獻(xiàn)并綜合人工智能課程所涉及的不同觀(guān)點(diǎn)、應(yīng)用技術(shù)選擇等，使學(xué)生能夠更加清楚人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用價(jià)值。2講授、自學(xué)、討論5五、其他教學(xué)環(huán)節(jié)（課外教學(xué)環(huán)節(jié)、要求、目標(biāo)）查閱資料，閱讀文獻(xiàn)，針對(duì)某個(gè)具有實(shí)際工程背景的應(yīng)用問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案或求解算法，綜合運(yùn)用知識(shí)表示方法及

10、搜索技術(shù)、推理技術(shù)或計(jì)算智能等方法進(jìn)行問(wèn)題描述、問(wèn)題求解，并撰寫(xiě)報(bào)告進(jìn)行總結(jié)。六、教學(xué)方法本課程以課堂教學(xué)為主，輔助以上機(jī)實(shí)驗(yàn)，并采用CAI教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、討論式教學(xué)等方法，結(jié)合作業(yè)、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)或算法設(shè)計(jì)、自學(xué)及測(cè)驗(yàn)等教學(xué)手段和形式完成課程教學(xué)任務(wù)。在課堂教學(xué)中，通過(guò)講授、提問(wèn)、討論、演示等教學(xué)方法和手段讓學(xué)生理解人工智能課程的基本問(wèn)題，掌握課程的基本概念，基本原理和各種知識(shí)表示方法、智能算法、智能系統(tǒng)，輔助以人工智能領(lǐng)域的經(jīng)典案例和具有實(shí)際工程背景的案例，展現(xiàn)利用人工智能的理論、方法和技術(shù)解決具體工程領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題的思路、方案及應(yīng)用。在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)或算法設(shè)計(jì)中，通過(guò)啟發(fā)式教

11、學(xué)、案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)或討論式教學(xué)等方法培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題，并進(jìn)一步運(yùn)用基本理論和方法分析問(wèn)題和提出解決問(wèn)題方案的能力。學(xué)生以小組的形式，通過(guò)查閱文獻(xiàn)確定一個(gè)具有工程背景的實(shí)際問(wèn)題，并與同伴討論問(wèn)題的描述形式、分析問(wèn)題的構(gòu)成、確定求解問(wèn)題的思路，從而培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作和溝通的能力并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。在自學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中，對(duì)課程中涉及有助于進(jìn)一步拓寬人工智能的理論知識(shí)的內(nèi)容，通過(guò)教師的引導(dǎo)，由學(xué)生自學(xué)完成，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。自學(xué)內(nèi)容包括框架表示、本體表示、過(guò)程表示、模糊計(jì)算、解釋學(xué)習(xí)等。七、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式最終成績(jī)由平時(shí)出勤成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末考試成績(jī)組合而成。各部分

12、所占比例如下：作業(yè)成績(jī)：10%。主要考核階段知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)和領(lǐng)會(huì)程度。平時(shí)作業(yè)分為兩次完成，時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為第7周左右、第11周左右，每次作業(yè)進(jìn)行批閱并給定成績(jī)。上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)：20%。主要考核學(xué)生運(yùn)用課程中的知識(shí)表示和智能算法等解決實(shí)際問(wèn)題的能力，分為兩次實(shí)驗(yàn)，包括學(xué)生上機(jī)操作及演示結(jié)果和提交報(bào)告，報(bào)告的內(nèi)容包括查閱文獻(xiàn)、搜集資料后確定的某個(gè)人工智能的經(jīng)典問(wèn)題或具有實(shí)際工程背景的問(wèn)題的描述、提出的解決方案及評(píng)價(jià)其解決問(wèn)題的效果等。期末考試成績(jī)：70%。主要考核人工智能的基本概念和基本理論方法分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。書(shū)面考試形式。題型為選擇題、簡(jiǎn)答題和綜合題等。八、教材及參考書(shū)目1教材1 蔡自興人工智能及其應(yīng)用4版清華大學(xué)出