人工智能概論課程教學(xué)大綱（新）

人工智能概論教學(xué)大綱大綱版本：V2.0課程名稱（中/英）：人工智能概論/IntroductiontoArtificialIntelligence學(xué)分：2總學(xué)時：42理論學(xué)時：42實(shí)驗(yàn)學(xué)時：課程類別：通識教育課開課學(xué)期：5/6適用專業(yè)：各學(xué)科各專業(yè)課程性質(zhì)：選修/必選先修課程：高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)基礎(chǔ)一、課程簡介人工智能概論課程是高等學(xué)校各學(xué)科各專業(yè)選修或必選的一門通識教育課。本課程全面概述人工智能的基本原理和技術(shù)，包括：人工智能概述、圖搜索與問題求解、知識表示與機(jī)器推理、機(jī)器學(xué)習(xí)與知識發(fā)現(xiàn)、機(jī)器感知與語言交流、智能系統(tǒng)和智能化網(wǎng)絡(luò)及人工智能編程語言與開發(fā)平臺等的初步知識。本課程引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能主要分支的原理、方法、應(yīng)用及發(fā)展概況，初步學(xué)習(xí)人工智能的基本技術(shù)，對人工智能學(xué)科有一個概略而具體的認(rèn)識，獲得一定的基礎(chǔ)知識，明確進(jìn)一步學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方向。二、課程目標(biāo)（一）課程具體目標(biāo)1.了解人工智能的研究內(nèi)容、研究途徑與方法以及應(yīng)用和發(fā)展概況。2.理解狀態(tài)圖搜索與問題求解的基本原理和技術(shù)，初步掌握相應(yīng)的常用算法。3.理解并初步掌握一階謂詞、產(chǎn)生式和語義網(wǎng)絡(luò)（知識圖譜）等知識表示方法和相應(yīng)的機(jī)器推理技術(shù)，以及不確定和不確切性知識的表示與推理技術(shù)。4.了解機(jī)器學(xué)習(xí)和知識發(fā)現(xiàn)方法的一般原理，理解符號學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的基本原理和常用算法。5.了解模式識別和自然語言處理的基本原理和方法。6.了解人工智能系統(tǒng)的類型、特點(diǎn)及發(fā)展概況，理解專家系統(tǒng)、Agent系統(tǒng)、智能機(jī)器人、智能計(jì)算機(jī)和智能化網(wǎng)絡(luò)的基本原理和建造技術(shù)。7.了解人工智能程序設(shè)計(jì)語言的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用概況，理解經(jīng)典語言PROLOG和流行語言Python的基本語法和程序風(fēng)格。（二）教學(xué)內(nèi)容安排總體思路人工智能概論是高等學(xué)校各學(xué)科各專業(yè)的一門通識教育課程，也是一門新開課，其目的在于拓展學(xué)生的知識面，優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，以更好適應(yīng)信息化和智能化社會的飛速發(fā)展。有鑒于此，本課程的教學(xué)內(nèi)容安排的總體思路是：勾畫人工智能學(xué)科的總體架構(gòu)，簡述其各個分支的原理、方法和發(fā)展概況，使學(xué)生對人工智能及其應(yīng)用有一個概略而具體的認(rèn)識，獲得一定的基礎(chǔ)知識，并明確進(jìn)一步學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方向。三、教學(xué)內(nèi)容及基本要求（一）人工智能概述（3學(xué)時）主要內(nèi)容：人工智能的研究內(nèi)容與方法、人工智能的分支領(lǐng)域、人工智能的應(yīng)用（支撐課程目標(biāo)1）基本要求：1．理解人工智能的概念、目標(biāo)和研究策略；2．理解人工智能的研究內(nèi)容與方法；3．了解人工智能的分支領(lǐng)域；4．了解人工智能的應(yīng)用與發(fā)展概況。重點(diǎn)難點(diǎn)：人工智能的研究內(nèi)容與方法作業(yè)：1.簡述人工智能的研究內(nèi)容、研究途徑和方法，以及它們的關(guān)系。2.簡述人工智能的分支領(lǐng)域和研究方向。3.簡述人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域或課題，試舉出幾例。課外要求：上網(wǎng)瀏覽有關(guān)人工智能應(yīng)用和發(fā)展的資訊。觀看教材中相關(guān)微課視頻。2．上網(wǎng)瀏覽有關(guān)人工智能應(yīng)用和發(fā)展的資訊。（二）圖搜索與問題求解（3學(xué)時）主要內(nèi)容：狀態(tài)圖與狀態(tài)圖搜索、狀態(tài)圖搜索問題求解、（支撐課程目標(biāo)2）基本要求：1．理解狀態(tài)圖的基本概念，初步掌握狀態(tài)圖搜索基本技術(shù)和狀態(tài)圖問題求解的一般方法，包括窮舉式搜索、啟發(fā)式搜索；2．理解并初步掌握一些經(jīng)典規(guī)劃調(diào)度問題（如迷宮、八數(shù)碼、梵塔、旅行商、八皇后等問題）的求解方法；教學(xué)重點(diǎn)：1．狀態(tài)圖搜索常用算法；2．問題的狀態(tài)圖表示。教學(xué)難點(diǎn)：問題的狀態(tài)圖表示和啟發(fā)函數(shù)設(shè)計(jì)。作業(yè)：1.綜述狀態(tài)圖搜索的方式、策略和算法。2.解答教材習(xí)題三中的4、5、6、7題。課外要求：閱讀教材中相關(guān)延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引；2.觀看教材中的相關(guān)微課視頻。（三）知識表示與機(jī)器推理（一）（4學(xué)時）主要內(nèi)容：知識的一階謂詞、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)表示及其推理（支撐課程目標(biāo)3）基本要求：1．了解知識表示的基本概念；2．理解常用知識表示方法的基本原理；3.初步掌握自然語言命題的謂詞形式表示和實(shí)體概念的語義網(wǎng)（知識圖譜）表示。教學(xué)重點(diǎn)：一階謂詞、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)難點(diǎn)：語義網(wǎng)絡(luò)與知識圖譜。作業(yè)：教材習(xí)題四1、2、3題。課外要求：閱讀教材中相關(guān)延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引，進(jìn)而查閱感興趣的資料。（四）知識表示與機(jī)器推理（二）（4學(xué)時）主要內(nèi)容：不確定性信息和不確切性信息、不確定性知識的表示及推理、不確切性知識的表示及推理（支撐課程目標(biāo)3）基本要求：1．理解不確定性信息和不確切性信息的特點(diǎn)和區(qū)別；2．了解不確定性知識的表示與推理方法及不確定性推理的發(fā)展概況；3．了解不確切性知識的表示及其推理方法。教學(xué)重點(diǎn)：不確定和不確切性知識的表示及其推理原理。教學(xué)難點(diǎn)：基于軟語言規(guī)則的推理方法。作業(yè)：教材習(xí)題五2、4、5、6、7題。課外要求：閱讀教材中第5章的延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引2.觀看教材相關(guān)微課視頻。（五）機(jī)器學(xué)習(xí)與知識發(fā)現(xiàn)（一）（6學(xué)時）主要內(nèi)容：機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理和分類、符號學(xué)習(xí)、決策樹學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)（支撐課程目標(biāo)4）基本要求：1．理解機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理和分類。2．了解符號學(xué)習(xí)的基本方法，包括:記憶學(xué)習(xí)、演繹學(xué)習(xí)、類比學(xué)習(xí)、示例學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、決策樹學(xué)習(xí)等；3．了解強(qiáng)化學(xué)習(xí)的基本原理和算法，包括Q函數(shù)及Q學(xué)習(xí)算法。教學(xué)重點(diǎn)：1．決策樹學(xué)習(xí)；2．強(qiáng)化學(xué)習(xí)。教學(xué)難點(diǎn)：強(qiáng)化學(xué)習(xí)的Q學(xué)習(xí)算法。作業(yè)：教材習(xí)題六1、3、4、5、7題。課外要求：閱讀教材中第6章的延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引（六）機(jī)器學(xué)習(xí)與知識發(fā)現(xiàn)（二）（6學(xué)時）主要內(nèi)容：統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)（支撐課程目標(biāo)4）基本要求：1．了解統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的基本原理、方法和分類；2．理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其學(xué)習(xí)的基本原理，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)機(jī)理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其分類等；3．理解BP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)原理和BP學(xué)習(xí)算法；4．了解深度學(xué)習(xí)基本原理和發(fā)展概況。5．了解數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)的基本原理，包括對象、任務(wù)和方法等。教學(xué)重點(diǎn)：1．統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)；2．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。教學(xué)難點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的梯度下降法。作業(yè)：教材習(xí)題七1、3、4、6題。課外要求：閱讀教材中相關(guān)延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引。（七）機(jī)器感知與語言交流（4學(xué)時）主要內(nèi)容：模式識別、自然語言處理（支撐課程目標(biāo)5）基本要求：了解模式識別的基本原理和方法及分類，包括統(tǒng)計(jì)模式識別、結(jié)構(gòu)模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別等；理解統(tǒng)計(jì)模式識別基本原理和方法，包括距離分類法、幾何分類法和概率分類法；了解自然語言處理的途徑和方法，包括基于規(guī)則、基于統(tǒng)計(jì)和基于聯(lián)結(jié)的途徑和方法；理解基于規(guī)則的自然語言理解基本原理，包括簡單句的語法分析、語義分析和語用分析以及復(fù)合句理解；了解統(tǒng)計(jì)語言模型及其數(shù)學(xué)原理。教學(xué)重點(diǎn)：基于規(guī)則的自然語言理解；統(tǒng)計(jì)語言模型。教學(xué)難點(diǎn)：語義分析和統(tǒng)計(jì)語言模型。作業(yè)：教材習(xí)題八2、4、5、7題。課外要求：閱讀教材中相關(guān)延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引。（八）人工智能應(yīng)用系統(tǒng)（5學(xué)時）主要內(nèi)容：專家（知識）系統(tǒng)、Agent系統(tǒng)、智能機(jī)器人（支撐課程目標(biāo)6）基本要求：1．了解專家（知識）系統(tǒng)的概念和結(jié)構(gòu)；2．理解專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法；3．理解Agent的概念、類型和結(jié)構(gòu)；4．了解多Agent系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；5．了解智能機(jī)器人的基本原理和發(fā)展概況。教學(xué)重點(diǎn)：專家系統(tǒng)和Agent系統(tǒng)。教學(xué)難點(diǎn)：多Agent系統(tǒng)。作業(yè)：教材習(xí)題九1、3、5、6、8、11、13、15題。課外要求：1.閱讀教材第9章延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引；2.觀看本章相關(guān)微課視頻。（九）智能計(jì)算機(jī)與智能化網(wǎng)絡(luò)（3學(xué)時）主要內(nèi)容：智能計(jì)算機(jī)、智能化網(wǎng)絡(luò)（支撐課程目標(biāo)6）基本要求：1．了解智能計(jì)算機(jī)的概念和發(fā)展前景；2．了解智能網(wǎng)絡(luò)和智能Web的概念和原理；3．理解網(wǎng)絡(luò)的智能化管理與控制基本技術(shù)；4．理解網(wǎng)上信息的智能化檢索及推薦系統(tǒng)基本原理和方法。教學(xué)重點(diǎn)：1．網(wǎng)絡(luò)的智能化管理與控制；2．網(wǎng)上信息的智能化檢索及推薦系統(tǒng)。教學(xué)難點(diǎn)：網(wǎng)上信息的智能化檢索。作業(yè)：教材習(xí)題十1、4、5、6、7、9題。課外要求：閱讀教材第10章延伸學(xué)習(xí)導(dǎo)引。2.上網(wǎng)搜索有關(guān)智能化網(wǎng)絡(luò)有關(guān)資訊或資料。（十）人工智能編程語言與開發(fā)平臺（4學(xué)時）主要內(nèi)容：人工智能程序設(shè)計(jì)語言概況、PROLOG語言、Python語言（支撐課程目標(biāo)7）基本要求：1．了解人工智能程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)、分類和發(fā)展概況；2．理解PROLOG語言的語句特點(diǎn)、程序結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理，能讀懂和編寫簡單的PROLOG程序；3．了解Python語言的特點(diǎn)和使用方法，能讀懂和編寫簡單的Python程序。教學(xué)重點(diǎn)：1．PROLOG語言；2．Python語言。教學(xué)難點(diǎn)：1．PROLOG語言的匹配合一和回溯控制；2．Python語言的程序結(jié)構(gòu)和資源庫的使用。作業(yè)：1.簡述智能程序設(shè)計(jì)語言的分類和發(fā)展概況。2.讀一個PROLOG程序（見教材習(xí)題十一，2題），指出運(yùn)行結(jié)果。3.試編寫一個描述親屬關(guān)系的PROLOG程序，然后再給出一些事實(shí)數(shù)據(jù)，建立一個小型演繹數(shù)據(jù)庫。課外要求：上網(wǎng)查詢、瀏覽有關(guān)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的開發(fā)平臺方面的資訊。四、教學(xué)安排及教學(xué)方式本課程總學(xué)時為42學(xué)時，全部為課堂講授，具體安排如下表所示。序次內(nèi)容學(xué)時備注1人工智能的概述

32圖搜索與問題求解33知識表示與機(jī)器推理（一）44知識表示與機(jī)器推理（二）45機(jī)器學(xué)習(xí)與知識發(fā)現(xiàn)（一）66機(jī)器學(xué)習(xí)與知識發(fā)現(xiàn)（二）67機(jī)器感知與語言交流48人工智能應(yīng)用系統(tǒng)59智能計(jì)算機(jī)與智能化網(wǎng)絡(luò)310人工智能編程語言與開發(fā)平臺4合計(jì)42課堂教學(xué)采用啟發(fā)式教學(xué)，突出重點(diǎn)，注意難點(diǎn)，講練結(jié)合，師生互動，多媒體并用，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果。五、考核方式與成績評定辦法本課程的教學(xué)包括課堂講授、課外作業(yè)和復(fù)習(xí)考試等教學(xué)環(huán)節(jié)，考核方式為平時考查與期末書面考試相結(jié)合，其中平時考查包括課堂表現(xiàn)和課外作業(yè)，總成績評定的計(jì)算公式為：總成績=平時成績×40%+期末考試成績×60%平時成績=表現(xiàn)成績×50%+作業(yè)成績×50%其中：平時表現(xiàn)包括課堂考勤、問答、聽講、練習(xí)等方面，其成績以平時的課堂記錄酌情以百分制給分；作業(yè)成績依據(jù)其答案的正確性、表述的清楚性、書寫的規(guī)范性以及創(chuàng)新性等指標(biāo)視具體作業(yè)內(nèi)容酌情以百分制給分；期末考試成績依據(jù)其答案的正確性、表述的清楚性、書寫的規(guī)范性以及創(chuàng)新性等指標(biāo)視具體試卷試題酌情以百分制給分。六、教材及其他教學(xué)資源1.所用教材：《人工智能概論》（通識課版），廉師友編著，清華大學(xué)出版社，20202.參考資料：ArtificialIntelligence：AModernApproach(ThirdEdition).StuartJ.RussellandPeterNorvig.PearsonEducationLimited，20163.授課計(jì)劃，廉師友編寫。4.電子教案，廉師友編寫。5.教學(xué)課件（400余頁），廉師友編制。6.微課視頻（相關(guān)教材內(nèi)容的擴(kuò)展、補(bǔ)充和演示），廉師友編撰、演講和錄制。7.聯(lián)機(jī)題庫，廉師友與清華大學(xué)出版社合作開發(fā)、制作。8.習(xí)題解答，廉師友編寫。9.參考試題，廉師友編寫。七、說明本課程為高等學(xué)校各學(xué)科各專業(yè)的人工智能通識教育課，一般來說，并沒有直接的前修課程和后續(xù)課程，但為了能與學(xué)生各自的專業(yè)相聯(lián)系，最好安排在第4學(xué)期之后開設(shè)。八、課程思政內(nèi)容1.培養(yǎng)學(xué)生民族認(rèn)同感，樹立遠(yuǎn)大職業(yè)理想。梳理國產(chǎn)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，包括華為、中興等國產(chǎn)企業(yè)在全球市場的崛起，在操作系統(tǒng)領(lǐng)域的新架構(gòu)，向?qū)W生展示中國的信息技術(shù)領(lǐng)域成就，增強(qiáng)使命感與榮譽(yù)感；通過華為孟晚舟事件、美國的芯片壟斷—引出：民族認(rèn)同感。黨的十八屆五中全會通過的“十三五”規(guī)劃《建議》，明確提出實(shí)施網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略以及與之密切相關(guān)的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃。國家正著力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主可控，為維護(hù)國家安全、網(wǎng)絡(luò)安全提供技術(shù)保障。中國信息化需求巨大，但在一些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域如操作系統(tǒng)、芯片技術(shù)、CPU技術(shù)等方面，還難以做到自主可控，對國家安全造成威脅。引導(dǎo)學(xué)生明確：建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國，不僅僅是靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還要有軟件技術(shù)等其他各類技術(shù)的支撐。引導(dǎo)學(xué)生作為軟件技術(shù)專業(yè)的一員，應(yīng)更加明晰專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，更加明確專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)工作崗位和工作內(nèi)容的社會價值，自覺樹立遠(yuǎn)大職業(yè)理想，將職業(yè)生涯、職業(yè)發(fā)展脈絡(luò)與國家發(fā)展的歷史進(jìn)程融合起來。2.向?qū)W生介紹中國在人工