《大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與R語言》教學(xué)大綱

《大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與R語言》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：08150431課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時：64學(xué)時（理論48學(xué)時，實驗16學(xué)時）先修課程：Python程序設(shè)計后續(xù)課程：大數(shù)據(jù)綜合創(chuàng)新適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)開課單位：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、課程說明R語言是一種自由軟件編程語言與操作環(huán)境，主要用于統(tǒng)計分析、繪圖、數(shù)據(jù)挖掘.R語言除了在統(tǒng)計研究領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用外，也越來越受到其他面向數(shù)據(jù)的工作者的歡迎，其強大的繪圖和圖表功能更是“無與倫比”。R占用內(nèi)存少，運算速度快，而且開源，因此它現(xiàn)已成為大數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)分析的一項必備技能。本課程的開設(shè)正是為了滿足同學(xué)們處理和分析各種復(fù)雜數(shù)據(jù)的需求，除了重點介紹R語言的基本編程規(guī)則和方法外，在簡明扼要地闡述統(tǒng)計和數(shù)據(jù)挖掘方法的基礎(chǔ)上，講述與之相對應(yīng)的R包的實現(xiàn)，并通過生動的實例練習(xí)加強R語言的應(yīng)用。本課程可作為需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析的各專業(yè)學(xué)生的選修課，目的在于讓學(xué)生熟練掌握R語言的基本編程方法，并在此基礎(chǔ)上使用R包來預(yù)處理、可視化和分析數(shù)據(jù)，使得學(xué)生掌握用現(xiàn)代前沿的統(tǒng)計和數(shù)據(jù)挖掘方法處理各種復(fù)雜數(shù)據(jù)提供必備的編程技能。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：了解并掌握R語言與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的概念、R語言的基礎(chǔ)知識、統(tǒng)計分析的算法核心，了解數(shù)據(jù)挖掘統(tǒng)計分析是新時代對人才的新要求。課程目標(biāo)2：培養(yǎng)團隊合作的能力，追求思維碰撞；學(xué)會主動思考、思辨；培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。小組合作完成設(shè)計開發(fā)解決方案，系統(tǒng)模塊化完成大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模、分析、可視化等階段。課程目標(biāo)3：通過課程思政的引入使學(xué)生明白工匠精神和精益求精的重要性。能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ邔?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬。主動適應(yīng)社會發(fā)展，成為國之重器，做對社會對國家有用之人。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與R語言》課程教學(xué)目標(biāo)對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求支撐見表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)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.1掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)知識，并能夠用于理解與描述大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1：了解并掌握R語言與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的概念、R語言的基礎(chǔ)知識、統(tǒng)計分析的算法核心，了解數(shù)據(jù)挖掘統(tǒng)計分析是新時代對人才的新要求。H3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1能夠針對大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)滿足特定需求的模塊或算法。課程目標(biāo)2：培養(yǎng)團隊合作的能力，追求思維碰撞；學(xué)會主動思考、思辨；培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。小組合作完成設(shè)計開發(fā)解決方案，系統(tǒng)模塊化完成大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模、分析、可視化等階段。H5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬。課程目標(biāo)3：通過課程思政的引入使學(xué)生明白工匠精神和精益求精的重要性。能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ邔?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬。主動適應(yīng)社會發(fā)展，成為國之重器，做對社會對國家有用之人。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)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.R語言引言1.1R語言的起源和發(fā)展1.2安裝和運行R系統(tǒng)1.3安裝和使用包1.4工作空間的管理1.5Rtudio的使用1.6R語言與數(shù)據(jù)科學(xué)教學(xué)要求：了解R語言的基本特點和應(yīng)用場景；掌握R語言開發(fā)環(huán)境的安裝和配置；重點：熟悉R語言的集成開發(fā)環(huán)境RStudio。難點：工作空間管理的理解和應(yīng)用。21、2、32.數(shù)據(jù)與運算2.1基礎(chǔ)知識2.2數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)表示2.3基本運算2.4數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換與R中常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)要求：使學(xué)生了解并熟悉R語言數(shù)據(jù)表示方法；掌握R語言基本運算方法。重點：數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)表示。難點：R語言基本運算。41、2、33.程序設(shè)計基礎(chǔ)3.1控制流3.2函數(shù)設(shè)計3.3變成規(guī)范與性能優(yōu)化教學(xué)要求：使學(xué)生理解并熟練掌握控制流；熟練掌握函數(shù)設(shè)計方法。重點：控制流的使用方法以及相關(guān)應(yīng)用場景。難點：函數(shù)設(shè)計和封裝以及函數(shù)設(shè)計的優(yōu)化。41、2、34.類與對象4.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法4.2S3\S4類4.3引用類4.4繼承教學(xué)要求：使學(xué)生了解面向?qū)ο筇匦栽赗語言數(shù)據(jù)分析工程中的體現(xiàn)。了解掌握S3類S4類和引用類的區(qū)別于聯(lián)系。掌握面向?qū)ο笤O(shè)計方法和類的構(gòu)建。重點：理解繼承的特性并靈活運用繼承難點：掌握引用類。641、2、35.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理5.1向量5.2矩陣與數(shù)組5.3數(shù)據(jù)框5.4因子列表5.5數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出5.6數(shù)據(jù)清洗教學(xué)要求：使學(xué)生了解掌握向量和矩陣的表示及運算；靈活運用數(shù)據(jù)框，在數(shù)據(jù)分析案例中理解數(shù)據(jù)框的重要性。重點：向量和矩陣的表示及運算。難點：數(shù)據(jù)框的應(yīng)用。641、2、36.繪圖與數(shù)據(jù)可視化6.1基本圖形與繪圖函數(shù)6.2調(diào)整繪圖參數(shù)6.3其他自定義元素6.4描述性統(tǒng)計圖教學(xué)要求：使學(xué)生了解基本圖形與繪圖函數(shù)；掌握繪圖參數(shù)和自定義元素的設(shè)定。重點：向量和矩陣的表示及運算。難點：數(shù)據(jù)框的應(yīng)用。841、2、37.統(tǒng)計與回歸分析7.1定性數(shù)據(jù)與定量數(shù)據(jù)7.2數(shù)據(jù)的數(shù)值度量7.3概率分布與假設(shè)檢驗7.4回歸分析教學(xué)要求：了解概率分布與假設(shè)檢驗；掌握基于R語言的回歸分析函數(shù)和調(diào)用參數(shù)。重點：向量和矩陣的表示及運算。難點：數(shù)據(jù)框的應(yīng)用。81、2、38.統(tǒng)計與機器學(xué)習(xí)8.1特征空間與距離8.2聚類算法8.3分類算法8.4集成學(xué)習(xí)教學(xué)要求：理解并掌握R語言的聚類和分類算法；掌握集成學(xué)習(xí)方法。重點：聚類和分類算法。難點：集成學(xué)習(xí)。641、2、39.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)9.1基本原理9.2感知器模型9.3深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)要求：掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理；了解深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。重點：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理。難點：深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。41、2、3合計48162.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.R語言基礎(chǔ)語法應(yīng)用實驗內(nèi)容：R語言基礎(chǔ)語法與函數(shù)設(shè)計。實驗要求：熟悉R語言的集成開發(fā)環(huán)境RStudio，掌握工作空間管理的理解和應(yīng)用；理解并熟練掌握控制流，掌握函數(shù)設(shè)計方法。41、2、32.數(shù)據(jù)文件的讀寫和處理實驗內(nèi)容：使用R語言對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行讀寫和預(yù)處理。實驗要求：理解向量和矩陣的表示及運算，掌握數(shù)據(jù)框的應(yīng)用。41、2、33.R語言的數(shù)據(jù)可視化實驗內(nèi)容：R語言的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用。實驗要求：了解基本圖形與繪圖函數(shù)，掌握繪圖參數(shù)和自定義元素的設(shè)定。41、2、34.R語言的回歸分析方法及決策樹算法實現(xiàn)實驗內(nèi)容：R語言對數(shù)據(jù)的建模分析。實驗要求：了解概率分布與假設(shè)檢驗，掌握基于R語言的回歸分析函數(shù)和調(diào)用參數(shù)，理解并掌握R語言的聚類和分類算法。41、2、3合計16五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)和案例教學(xué)等，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；以“少而精”為原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識；結(jié)合學(xué)習(xí)通超星平臺，中國大學(xué)慕課網(wǎng)，嗶哩嗶哩視頻網(wǎng)站等視頻資源提供靈活的自主的學(xué)習(xí)方式。六、課程資源1.推薦教材（1）沈剛.R語言基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2019.（2）劉鵬等.R語言[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019.（3）豐士昌.零基礎(chǔ)學(xué)R語言數(shù)學(xué)計算、統(tǒng)計模型與金融大數(shù)據(jù)分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2018.2.參考書（1）李慶華、周青.R語言數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用（微課視頻版）[M].北京:清華大學(xué)出版社,2021.（2）卡巴科弗（RobertI.Kabacoff）.R語言實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2016.（3）王國胤.大數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2017.（4）劉順祥.R語言數(shù)據(jù)分析、挖掘建模與可視化[M].北京:清華大學(xué)出版社,2021.3.期刊：（1）Team,R.Core.R:Alanguageandenvironmentforstatisticalcomputing.(2013):201.（2）Ihaka,Ross,RobertGentleman.R:alanguagefordataanalysisandgraphics.

Journalofcomputationalandgraphicalstatistics

5.3(1996):299-314.（3）楊霞,吳東偉.R語言在大數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].科技資訊,2013,(23):19-20.（4）劉培寧,韓笑,楊福興.基于R語言的NetCDF文件分析和可視化應(yīng)用[J].氣象科技,2014,42(04):629-634.（5）牛艷芳,鄧雪梅,陳偉.數(shù)據(jù)科學(xué)工具之R語言在審計數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用探索[J].中國注冊會計師,2016,(09):93-97.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）R語言官方網(wǎng)站./.（2）R語言博客社區(qū)..（3）世界程序員交流社區(qū)..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)123過程性考核課堂表現(xiàn)17.5（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(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入課程總評成績?！獭獭?.555實驗12.5（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?2.55作業(yè)20（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，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入課程總評成績?！獭獭?105期末考核50（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核R語言基礎(chǔ)語法，R語言面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，R語言數(shù)據(jù)處理與可視化，機器學(xué)習(xí)核心算法等內(nèi)容。（3）考試題型為：數(shù)據(jù)分析程序設(shè)計大作業(yè)?！獭?525合計：100分42.517.540八、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)、實驗、作業(yè)、期末大作業(yè)等方式進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┐笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：期末大作業(yè)為100分（權(quán)重50%），類型為大數(shù)據(jù)建模分析；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過程性考核和大作業(yè)分值分配與教學(xué)大綱各章節(jié)學(xué)時成比例。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)35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。作業(yè)40作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%.不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于6