《人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用》教學(xué)大綱

《人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06151301課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論24學(xué)時，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時）先修課程：高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)后續(xù)課程：無適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)選修課。本課程是關(guān)于人工智能領(lǐng)域的一門介紹性課程，在教學(xué)內(nèi)容主要包括知識表示、知識獲取、知識應(yīng)用三部分。其中，知識表示主要介紹概念表示、知識表示、知識圖譜；知識獲取主要介紹搜索技術(shù)、群智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)；知識應(yīng)用涉及計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、語音處理、專家系統(tǒng)、多智能體系統(tǒng)與智能機(jī)器人等部分。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解人工智能的發(fā)展?fàn)顩r與研究內(nèi)容；掌握人工智能的基本概念、基本思想方法和重要算法；理解人工智能的基本原理，熟悉典型的人工智能系統(tǒng)；學(xué)習(xí)用啟發(fā)式搜索求解問題。課程目標(biāo)2：了解簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)方法；初步學(xué)習(xí)和掌握人工智能的基本技術(shù)，初步具備用經(jīng)典的人工智能方法解決一些簡單實(shí)際問題的能力。課程目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)，對人工智能從整體上有一個較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度、工匠精神和解決實(shí)際問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)使用人工智能的方法解決相關(guān)問題的實(shí)際能力。課程目標(biāo)4：通過本課程的學(xué)習(xí)，了解應(yīng)用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題的范例，及時跟蹤信息科學(xué)前沿知識，培養(yǎng)學(xué)生熱愛祖國，愛崗敬業(yè)、熱愛勞動的精神，為祖國的建設(shè)增磚添瓦。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)對醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.1掌握數(shù)學(xué)、物理的基礎(chǔ)知識，領(lǐng)會數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的重要思想和思維方法，理解工程問題的數(shù)理本質(zhì)及其表述方法。課程目標(biāo)1：了解人工智能的發(fā)展?fàn)顩r與研究內(nèi)容；掌握人工智能的基本概念、基本思想方法和重要算法；理解人工智能的基本原理，熟悉典型的人工智能系統(tǒng)；學(xué)習(xí)用啟發(fā)式搜索求解問題。課程目標(biāo)2：了解簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)方法；初步學(xué)習(xí)和掌握人工智能的基本技術(shù)，初步具備用經(jīng)典的人工智能方法解決一些簡單實(shí)際問題的能力。M9.個人和團(tuán)隊(duì)9.2能夠在團(tuán)隊(duì)中擔(dān)任負(fù)責(zé)人，具有組織和協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)開展工作的能力，并有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。課程目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)，對人工智能從整體上有一個較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度、工匠精神和解決實(shí)際問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)使用人工智能的方法解決相關(guān)問題的實(shí)際能力。M12.終身學(xué)習(xí)12.1能認(rèn)識不斷探索和學(xué)習(xí)的必要性，具備終身學(xué)習(xí)的意識，掌握自主學(xué)習(xí)的方法。課程目標(biāo)4：通過本課程的學(xué)習(xí)，了解應(yīng)用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題的范例，及時跟蹤信息科學(xué)前沿知識，培養(yǎng)學(xué)生熱愛祖國，愛崗敬業(yè)、熱愛勞動的精神，為祖國的建設(shè)增磚添瓦。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.人工智能概述1.1了解人工智能1.2了解深度學(xué)習(xí)1.3人工智能發(fā)展現(xiàn)狀1.4人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架1.5如何學(xué)習(xí)人工智能教學(xué)要求：（1）了解人工智能研究的特點(diǎn)、內(nèi)容、發(fā)展歷史及未來，增加對人工智能學(xué)科的認(rèn)識，把握計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢；（2）了解人工智能研究的基本內(nèi)容和主要研究領(lǐng)域，熟悉本專業(yè)的前沿知識和研究熱點(diǎn)。重點(diǎn):了解人工智能研究的基本內(nèi)容；難點(diǎn):了解本專業(yè)的人工智能相關(guān)的前沿知識和研究熱點(diǎn)。201、22.Python編程基礎(chǔ)2.1Python入門2.2開發(fā)環(huán)境搭建2.3基礎(chǔ)語法2.4面向?qū)ο?.5第三方庫的使用教學(xué)要求：（1）要求學(xué)生具有提取關(guān)鍵信息，抽象問題的能力，有一定的上機(jī)動手能力；（2）掌握Python編程基本理論和方法，熟練編輯、調(diào)試和運(yùn)行Python程序。重點(diǎn)：Python的數(shù)據(jù)類型、Python各類數(shù)據(jù)的處理方法、類型的庫和函數(shù)。難點(diǎn)：序列數(shù)據(jù)類型、Python函數(shù)和庫、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法。221、23.一種機(jī)器學(xué)習(xí)框架3.1以一種機(jī)器學(xué)習(xí)框架為范例介紹3.2環(huán)境搭建3.3計(jì)算機(jī)加速教學(xué)要求：使學(xué)生掌握算法思想和流程的基礎(chǔ)，自行運(yùn)行并分析實(shí)現(xiàn)代碼，了解深度學(xué)習(xí)開發(fā)的軟件框架。重點(diǎn)：TensorFlow2和MindSpore深度學(xué)習(xí)框架概要。難點(diǎn)：TensorFlow2和MindSpore深度學(xué)習(xí)框架概要。221、2、34.機(jī)器學(xué)習(xí)算法4.1線性回歸4.2邏輯回歸4.3KNN算法4.4使用第三方模塊實(shí)現(xiàn)KNN4.5其他機(jī)器學(xué)習(xí)算法教學(xué)要求：（1）了解機(jī)器學(xué)習(xí)的定義和發(fā)展史；（2）掌握機(jī)器學(xué)習(xí)的主要策略和基本結(jié)構(gòu)；（3）了解歸納學(xué)習(xí)、決策樹學(xué)習(xí)、類比學(xué)習(xí)、解釋學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等機(jī)器學(xué)習(xí)方法。重點(diǎn)：機(jī)器學(xué)習(xí)的主要策略和基本結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)：機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，神經(jīng)學(xué)習(xí)。401、2、35.MNIST數(shù)據(jù)集及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)5.1MNIST數(shù)據(jù)集簡介5.2神經(jīng)元常用函數(shù)5.3深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)5.4經(jīng)典卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)介紹5.5循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)5.6優(yōu)化方法教學(xué)要求：（1）了解MNIST數(shù)據(jù)集與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；（2）掌握經(jīng)典卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；（3）了解相關(guān)優(yōu)化器及優(yōu)化方法。重點(diǎn)：利用MNIST數(shù)據(jù)集進(jìn)行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。難點(diǎn)：MNIST數(shù)據(jù)集識別優(yōu)化。402、3、46.OpenCV開發(fā)與應(yīng)用6.1OpenCV介紹6.2OpenCV常見應(yīng)用教學(xué)要求：（1）了解OpenCV這一功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)視覺庫；（2）了解使用OpenCV進(jìn)行視覺相關(guān)項(xiàng)目開發(fā)。重點(diǎn)：OpenCV的主模塊構(gòu)成、數(shù)據(jù)類型等。難點(diǎn)：基于OpenCV進(jìn)行的圖像處理和視覺開發(fā)。202、37.計(jì)算機(jī)視覺處理7.1計(jì)算機(jī)視覺開發(fā)介紹7.2手寫數(shù)字識別7.3人臉識別教學(xué)要求：（1）了解計(jì)算機(jī)視覺的定義；（2）了解使成像和圖像原理及表示技術(shù)；（3）掌握圖像基礎(chǔ)操作、運(yùn)算及處理基本方法；重點(diǎn)：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的手寫數(shù)字識別、基于深度學(xué)習(xí)的人臉檢測。難點(diǎn)：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的手寫數(shù)字識別、基于深度學(xué)習(xí)的人臉檢測。402、38.自然語言處理8.1人工智能自然語言處理介紹8.2英文語音識別8.3打造智能聊天機(jī)器人教學(xué)要求：（1）了解自然語言基本概念；（2）掌握自然語言處理中的關(guān)鍵問題，如歧義問題等；（3）了解當(dāng)前國際國內(nèi)語言處理技術(shù)的發(fā)展概貌；（4）了解網(wǎng)絡(luò)信息處理、機(jī)器翻譯、語音識別等基本原理重點(diǎn)：語音識別技術(shù)原理。難點(diǎn)：句法分析、語義分析等基本概念與思路。202、3、49.綜合實(shí)訓(xùn)案例解析9.1人工智能開放平臺的應(yīng)用9.2基于機(jī)械臂的工業(yè)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)教學(xué)要求：（1）了解百度AI開放平臺基本介紹及應(yīng)用；（2）了解機(jī)械臂工業(yè)分揀系統(tǒng)的概念及基本原理；重點(diǎn)：人工智能開放平臺的圖像、語音識別等基本原理、深度學(xué)習(xí)在工業(yè)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用。難點(diǎn)：框架的設(shè)計(jì)、算法的選擇242、3、4合計(jì)2482.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.Python編程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：掌握Python基本程序的編寫及運(yùn)行調(diào)試。實(shí)驗(yàn)要求：配置環(huán)境，能夠使用一種編譯器編寫Python程序，掌握常用操作符、基礎(chǔ)變量書寫等。21、22.TensorFlow機(jī)器學(xué)習(xí)框架實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解用于機(jī)器學(xué)習(xí)的開源框架：TensorFlow。實(shí)驗(yàn)要求：環(huán)境搭建，安裝相關(guān)編譯器，使用TensorFlow開源框架進(jìn)行簡單模型預(yù)測。21、2、33.綜合實(shí)訓(xùn)案例實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）百度AI開放平臺的圖像及語音處理；（2）基于機(jī)械臂的工業(yè)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求：使用TensorFlow開源框架，選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法及訓(xùn)練模型開展綜合實(shí)訓(xùn)。42、3、4合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程采用課堂講授和討論相結(jié)合的方式。講授環(huán)節(jié)主要采用教師講解、演示、互動的教學(xué)形式。教師講解知識點(diǎn)、演示程序代碼，使學(xué)生對知識點(diǎn)形成直觀印象，并通過課堂教學(xué)雙方互相提問，與學(xué)生互動，鼓勵學(xué)生在課堂上發(fā)表自己的見解，加深對知識點(diǎn)的理解，注重理論指導(dǎo)的作用，積極探究達(dá)到最佳視覺效果的典型做法。在教學(xué)環(huán)節(jié)引入多媒體演示，通過形象生動的視頻演示讓學(xué)生們了解人工智能的科學(xué)價值和實(shí)際應(yīng)用所在。視頻可以選用世界一流大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開放多媒體內(nèi)容。同時貫徹理論和實(shí)踐相結(jié)合的原則，給學(xué)生處一定量的思考，并要求完成一定量的作業(yè)，以提高學(xué)生的理論水平，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神。六、課程資源1.推薦教材：（1）劉洪濤.人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用（微課版）.北京:人民郵電出版社.2021.2.參考書：（1）李德毅.人工智能導(dǎo)論[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社.2018年.（2）李開復(fù).AI未來[M].杭州:浙江人民出版社.2018年.（3）弗拉赫.機(jī)器學(xué)習(xí)[M].北京:人民郵電出版社.2016年.3.期刊：（1）IEEECOMMUNICATIONSLETTERS,IEEE.（2）IEEE?TRANSACTIONS?ON?COMMUNICATIONS,IEEE.（3）電子與信息學(xué)報(bào)，中國科學(xué)院電子系研究所、國家自然科學(xué)基金委員會信息科學(xué)部.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）伯樂開發(fā)網(wǎng)，/（2）Python中文學(xué)習(xí)大本營，/（3）博客園，/（4）CSDN，/七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)1234過程性考核課堂表現(xiàn)20（1）根據(jù)隨堂練習(xí)、課堂回答問題和出勤情況等進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭獭?555實(shí)驗(yàn)10（1）根據(jù)每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評分，取各次實(shí)驗(yàn)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實(shí)驗(yàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭獭?422作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭獭?222階段測試10（1）主要階段性考核學(xué)生對本階段知識的掌握程度，滿分100分；（2）每次測試單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以階段測試成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?42期末考核50（1）以大作業(yè)等形式進(jìn)行考核，成績100分，以期末考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）主要考核人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用，以及學(xué)生具有的工程分析能力、綜合應(yīng)用能力等內(nèi)容?！獭獭獭?0101010合計(jì)：100分35252119八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、階段測試、期末考核等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┏煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%），考核類型為大作業(yè)、論文等類型，考核內(nèi)容中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過程性考核和期末考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)40積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動實(shí)驗(yàn)20實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳實(shí)、結(jié)論清晰、討論合理實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程正確、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確、討論適當(dāng)實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，基本能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作