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《人工智能導(dǎo)論(Python版)微課視頻版》教學(xué)大綱課程名稱人工智能導(dǎo)論(Python版)微課視頻版IntroductiontoArtificialIntelligence,PythonMicroVideoEdition課程編碼課程類別專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)分1理論學(xué)時(shí)32實(shí)踐學(xué)時(shí)18預(yù)修課程建議修讀學(xué)期3考核方式實(shí)踐類考核方式適用專業(yè)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)大綱執(zhí)筆人姜春茂大綱審核人一、課程目標(biāo)課程目標(biāo)1:了解人工智能的基礎(chǔ)知識(shí),包括人工智能的歷史、應(yīng)用、分支等;課程目標(biāo)2:掌握機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、語音識(shí)別、視覺、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等的基本原理與初步算法實(shí)踐。課程目標(biāo)3:熟練使用Python進(jìn)行人工智能相關(guān)內(nèi)容的開發(fā)與擴(kuò)展應(yīng)用。課程目標(biāo)4:了解在人工智能學(xué)習(xí)過程中的倫理、社會(huì)關(guān)聯(lián)以及中國傳統(tǒng)文化為主體的思政內(nèi)容。二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程以實(shí)踐驅(qū)動(dòng)為主線,掌握人工智能各個(gè)分支的基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)習(xí)相關(guān)的開發(fā)方法和技術(shù),了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素;能夠根據(jù)具體的對(duì)象及其特征,選擇研究路線,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。三、課程教學(xué)要求本課程是一門以實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的人工智能導(dǎo)入型課程,其一方面希望提高學(xué)生的動(dòng)手能力,另一方面也提高學(xué)生對(duì)于相關(guān)主題內(nèi)容的感知度、興趣度。通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握基本概念、設(shè)計(jì)原理與實(shí)施方法。在教學(xué)方式上,鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手實(shí)踐提高實(shí)際解決問題的能力。學(xué)生應(yīng)該勤于閱讀勤于實(shí)踐勤于溝通;應(yīng)該孜孜不倦的學(xué)習(xí),提高自己的創(chuàng)新能力。就素質(zhì)培養(yǎng)而言,培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)的意識(shí),以及主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣是培養(yǎng)過程關(guān)鍵的一環(huán)。希望通過該課程,學(xué)生可以更多的就自己感興趣的內(nèi)容自主的查找資料,開發(fā)算法,進(jìn)而加以實(shí)踐。四、教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系H-表示支撐度高,M-表示支撐度中等,L-表示支撐度低章節(jié)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4人工智能導(dǎo)引HLLPython基礎(chǔ)LHL機(jī)器學(xué)習(xí)初步MHHL自然語言處理MHHL語音識(shí)別MHHL計(jì)算機(jī)視覺MHHL人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)MHHL強(qiáng)化學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)MHHL區(qū)塊鏈MHL人工智能算法MHHL五、教學(xué)內(nèi)容、重難點(diǎn)和課時(shí)安排(一) 課程學(xué)時(shí)分配各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配表章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配支撐課程目標(biāo)n講授實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐1人工智能導(dǎo)引212Python基礎(chǔ)3233機(jī)器學(xué)習(xí)初步322,34自然語言處理422、35語音識(shí)別422、3、46計(jì)算機(jī)視覺422、3、47人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)422、3、48強(qiáng)化學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)222、3、49區(qū)塊鏈222、3、410人工智能算法422、3、4合計(jì)3218(二)課程教學(xué)內(nèi)容第1章人工智能導(dǎo)引教學(xué)目的:了解人工智能的概念、學(xué)習(xí)人工智能的目的和意義、應(yīng)用;了解人工智能的分支。教學(xué)內(nèi)容:人工智能的概念、應(yīng)用場合;人工智能的分支。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是了解人工智能的分支,難點(diǎn)是人工智能各個(gè)分支之間的關(guān)系。第2章Python基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)目的:了解Python在不同環(huán)境下的安裝;熟練使用python的基本編程,包括各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);掌握第三方模塊的安裝和使用,文件的讀寫;掌握NumPy包的熟練使用;掌握Python的繪圖基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容:編程基礎(chǔ)(列表、元組及字典、基本語句;函數(shù));模塊的安裝與使用;文件的讀寫;NumPy的使用;Python的繪圖基礎(chǔ)。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是使用Python進(jìn)行相關(guān)的編程,如NumPy的編程,繪圖基礎(chǔ)等。難點(diǎn)是使用NumPy進(jìn)行較為復(fù)雜的開發(fā)與繪圖。第3章機(jī)器學(xué)習(xí)初步教學(xué)目的:了解機(jī)器學(xué)習(xí)的概念、其與人工智能的關(guān)系、機(jī)器學(xué)習(xí)的分類;了解數(shù)據(jù)預(yù)處理與特征工程,包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)變化、過濾、特征工程;熟練使用Sklearn包;熟練使用回歸分析。掌握聚類的基本原理與常見的聚類算法。教學(xué)內(nèi)容:機(jī)器學(xué)習(xí)及其工作流程;機(jī)器學(xué)習(xí)的分類;數(shù)據(jù)預(yù)處理與特征工程;Sklearn庫的使用;邏輯回歸分類和線性回歸預(yù)測;聚類的原理與K-Means聚類算法。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是機(jī)器學(xué)習(xí)的流程與Sklearn的實(shí)踐。難點(diǎn)是聚類算法及其調(diào)優(yōu)。第4章自然語言處理教學(xué)目的:了解自然語言處理的概念;掌握文本分詞與詞匯還原的方法;掌握文本分塊與詞袋模型;熟練使用TF-IDF算法,并據(jù)此構(gòu)建文檔類別預(yù)測器。教學(xué)內(nèi)容:自然語言處理的概念;文本分詞與詞匯還原;文本分塊與詞袋模型;文檔類別預(yù)測;語義分析器;主題模型。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是文本分詞及其文檔類別判斷的方法。難點(diǎn)是語義分析器的理解與實(shí)現(xiàn)。第5章語音識(shí)別教學(xué)目的:了解處理語音信號(hào)的方式,可視化處理的過程;掌握處理語音信號(hào)的的相關(guān)技術(shù);能夠獨(dú)立建立一個(gè)英文的語音識(shí)別系統(tǒng)。教學(xué)內(nèi)容:處理語音信號(hào);可視化音頻信號(hào);音頻信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域;生成音頻信號(hào)的方法;提取語音特征;構(gòu)建語音識(shí)別系統(tǒng)。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是語音特征的提取策略和方法;難點(diǎn)是構(gòu)建語音識(shí)別系統(tǒng),尤其是適當(dāng)結(jié)合深度學(xué)習(xí)機(jī)制進(jìn)行語音信號(hào)的識(shí)別。第6章計(jì)算機(jī)視覺教學(xué)目的:了解什么是計(jì)算機(jī)視覺,掌握安裝流行的計(jì)算機(jī)視覺庫—OpenCV。了解利用幀間差分法檢測視頻中的移動(dòng)部分。掌握使用色彩空間和背景差分法來跟蹤對(duì)象,使用CAMShift算法來構(gòu)建一個(gè)目標(biāo)跟蹤器,并學(xué)習(xí)光流的基本知識(shí)。熟悉人臉檢測的相關(guān)概念,構(gòu)造一個(gè)人臉檢測和跟蹤器。教學(xué)內(nèi)容:計(jì)算機(jī)視覺的概念;OpenCV介紹;視頻中移動(dòng)物體檢測方法;目標(biāo)跟蹤器的構(gòu)建;基于光流的跟蹤;Harr級(jí)聯(lián)和積分圖;人臉檢測與跟蹤。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是熟悉基于OpenCV進(jìn)行的各種視覺處理方法,為進(jìn)一步深入視覺學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。難點(diǎn)是人臉檢測和跟蹤,尤其是復(fù)雜的場景,如戴口罩情況下。第7章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)目的:了解什么是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),熟悉如何建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);了解感知器,掌握基于感知器構(gòu)建一個(gè)分類器;掌握單層和多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);掌握循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)路。教學(xué)內(nèi)容:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念;建立和訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);感知器;構(gòu)建單層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);循環(huán)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);構(gòu)建光學(xué)字符識(shí)別引擎。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是熟悉構(gòu)建單層、多層以及循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);難點(diǎn)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用,如利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建一個(gè)光學(xué)自負(fù)識(shí)別引擎。第8章強(qiáng)化學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)教學(xué)目的:掌握強(qiáng)化學(xué)習(xí)的概念及其表現(xiàn);了解深度學(xué)習(xí)以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);熟練使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建簡單的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容:強(qiáng)化學(xué)習(xí)的概念;深度學(xué)習(xí)的概念;卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立圖像分類器。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是深度學(xué)習(xí)及其使用;難點(diǎn)是利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用開發(fā),尤其是其可解釋性問題是需要學(xué)生簡單了解的。第9章區(qū)塊鏈教學(xué)目的:了解區(qū)塊鏈的基本概念;掌握區(qū)塊鏈和人工智能的關(guān)系;了解如何利用人工智能技術(shù)對(duì)區(qū)塊鏈進(jìn)一步優(yōu)化。教學(xué)內(nèi)容:區(qū)塊鏈概念;人工智能與區(qū)塊鏈;在區(qū)塊鏈中使用樸素貝葉斯;優(yōu)化區(qū)塊鏈。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是區(qū)塊鏈概念的理解,產(chǎn)生的原因的深入分析;難點(diǎn)是如何充分的利用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行多方向(領(lǐng)域)融合的設(shè)計(jì)與開發(fā),包括在教育領(lǐng)域、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等等。第10章人工智能算法教學(xué)目的:了解人工智能常用的啟發(fā)式算法;掌握其基本的思想方法;掌握遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法等。教學(xué)內(nèi)容:啟發(fā)式搜索算法;遺傳算法;模擬退火算法;蟻群算法。重點(diǎn)難點(diǎn):重點(diǎn)是掌握典型的啟發(fā)式算法,如遺傳算法、模擬退火等;難點(diǎn)是這些算法優(yōu)化的特定目標(biāo)和適用的場景;同時(shí),也希望同學(xué)能夠探索一些其它的啟發(fā)式算法,并進(jìn)一步比較分析,這也是本章的另一個(gè)難點(diǎn)。六、課程教學(xué)方法本課程教學(xué)采用以多媒體教學(xué)為主,以板書為輔的教學(xué)方式,并加強(qiáng)圖示教學(xué)和實(shí)例教學(xué)以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并加深學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)以及理論與實(shí)際工程問題相結(jié)合的理解。教師課堂講授:基本概念和核心知識(shí)內(nèi)容的傳授,由主講教師完成。課堂討論:要求學(xué)生以小組的形式對(duì)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場討論。MOOC:對(duì)課程的一些知識(shí)點(diǎn)采用國內(nèi)外知名專家學(xué)者的視頻公開課進(jìn)行知識(shí)的傳授。SPOC:對(duì)于授課難點(diǎn)問題尤其是實(shí)際運(yùn)用的問題時(shí),采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式積極引導(dǎo)學(xué)生的參與
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