《人工智能基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《人工智能基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程名稱：人工智能基礎(chǔ)課程編號：F062091342英文名稱：FundamentalsofArtificialIntelligence學(xué)時：32學(xué)時 學(xué)分：2學(xué)分開課學(xué)期：第6學(xué)期適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)課程類別：理論課課程性質(zhì)：專業(yè)方向與拓展課先修課程：Python程序設(shè)計；數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)；數(shù)據(jù)采集與清洗；應(yīng)用多元統(tǒng)計分析一、課程的性質(zhì)及任務(wù)《人工智能基礎(chǔ)》課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)方向與拓展課，本課程旨在向?qū)W生傳授人工智能基礎(chǔ)技術(shù)、方法及其應(yīng)用的知識，使學(xué)生對人工智能的發(fā)展概況、基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域有初步了解，掌握人工智能的主要技術(shù)及應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣，培養(yǎng)知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力，為將來從事大數(shù)據(jù)及人工智能相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅實的基礎(chǔ)。依據(jù)河北工程大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學(xué)生的能力是：能夠?qū)?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相關(guān)知識用于大數(shù)據(jù)工程問題解決方案的比較與綜合（畢業(yè)要求指標(biāo)1.4）能夠基于數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題（畢業(yè)要求指標(biāo)2.1）能夠針對智能信息系統(tǒng)設(shè)計、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用等大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題設(shè)計實驗方案、構(gòu)建實驗系統(tǒng)和測試平臺、獲得實驗結(jié)果（畢業(yè)要求指標(biāo)4.3）能夠掌握基本的大數(shù)據(jù)開發(fā)環(huán)境的配置和應(yīng)用，熟練掌握軟件開發(fā)語言(如Python、Java語言等)，并能夠運用集成開發(fā)環(huán)境進行復(fù)雜程序設(shè)計（畢業(yè)要求指標(biāo)5.1）具備使用大數(shù)據(jù)平臺以及軟件對復(fù)雜工程問題進行仿真的能力，理解其使用要求、運用范圍和局限性（畢業(yè)要求指標(biāo)5.3）二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)能對大數(shù)據(jù)處理中遇到的基本問題進行分析，運用人工智能基礎(chǔ)知識制定解決方案。使學(xué)生掌握知識表示方法的基本思想、搜索技術(shù)、機器學(xué)習(xí)方法和深度學(xué)習(xí)方法，啟發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣，培養(yǎng)知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力。能運用先修課程的理論知識，并結(jié)合該課程的知識如專家系統(tǒng)，自動推理技術(shù)等為人工智能研究領(lǐng)域遇到的問題進行分析、解釋。使學(xué)生具有在計算機領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能技術(shù)提高分析和解決復(fù)雜問題的能力。

人工智能基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱PAGE10PAGE112.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求二級指標(biāo)畢業(yè)要求1234●1.4能夠?qū)?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相關(guān)知識用于大數(shù)據(jù)工程問題解決方案的比較與綜合1.具有扎實的數(shù)學(xué)與自然科學(xué)知識和工程基礎(chǔ)，系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的基本理論、基礎(chǔ)知識，并綜合運用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題。●●2.1能夠基于數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題2.掌握統(tǒng)計與機器學(xué)習(xí)的基本方法，能夠綜合運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基本原理，對復(fù)雜的工程系統(tǒng)，識別問題、描述問題并通過文獻研究分析與大數(shù)據(jù)相關(guān)的工程問題，以獲得有效結(jié)論?！?.3能夠針對智能信息系統(tǒng)設(shè)計、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用等大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題設(shè)計實驗方案、構(gòu)建實驗系統(tǒng)和測試平臺、獲得實驗結(jié)果4.能夠基于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)原理并采用科學(xué)方法對大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。●5.3具備使用大數(shù)據(jù)平臺以及軟件對復(fù)雜工程問題進行仿真的能力，理解其使用要求、運用范圍和局限性5.能夠針對大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代信息技術(shù)工具，包括對大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的預(yù)測與仿真，并能夠理解其局限性。2.3課程目標(biāo)與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應(yīng)矩陣序號課程目標(biāo)理論教學(xué)課后作業(yè)1能對大數(shù)據(jù)處理中遇到的基本問題進行分析，運用人工智能基礎(chǔ)知識制定解決方案HL2使學(xué)生掌握知識表示方法的基本思想、搜索技術(shù)、機器學(xué)習(xí)方法和深度學(xué)習(xí)方法，啟發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣，培養(yǎng)知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力ML3能運用先修課程的理論知識，并結(jié)合該課程的知識如專家系統(tǒng)，自動推理技術(shù)等為智能研究領(lǐng)域遇到的問題進行分析、解釋ML4使學(xué)生具有在計算機領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能技術(shù)提高分析和解決復(fù)雜問題的能力HM注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應(yīng)用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)教學(xué)大綱PAGE2PAGE12.4目標(biāo)達成度的評價課程目標(biāo)1主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過課后作業(yè)進行考核。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標(biāo)2主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)、課后作業(yè)進行培養(yǎng)。主要通過學(xué)生課堂提問和課后作業(yè)進行考核。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標(biāo)3主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后拓展作業(yè)進行考核。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標(biāo)4主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)解析培養(yǎng)，在課后作業(yè)和撰寫報告中涉及。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。三、教學(xué)方法及手段理論教學(xué)以課堂講授為主，面向基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)確、扎實掌握，突出對原理的分析、對方法的總結(jié)以及理論體系的完整建立；理論教學(xué)強調(diào)將人工智能基礎(chǔ)知識與工程實現(xiàn)的實際情況緊密聯(lián)系，面向知識的實際應(yīng)用；理論教學(xué)注重本課程與Python程序設(shè)計、數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)采集與清洗、應(yīng)用多元統(tǒng)計分析等先修課程的聯(lián)系，以智能研究領(lǐng)域需求作為本課程知識的應(yīng)用背景，結(jié)合概率論和數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)的相關(guān)理論解釋本課程的有關(guān)概念和原理。理論教學(xué)與課內(nèi)相結(jié)合，進行計算機的應(yīng)用。課程強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強調(diào)通過自學(xué)的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎(chǔ)上舉一反三。四、課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求第1章緒論[教學(xué)目的與要求]：了解人工智能的定義與發(fā)展，知道人工智能的研究目標(biāo)、內(nèi)容與核心要素及其研究方法，熟知人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域。[本章主要內(nèi)容]：1.1人工智能的幾種定義；1.2目前的人工智能的三個主要學(xué)派以及對人工智能的理解1.3人工智能的主要研究范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。[本章重點]：人工智能的研究目標(biāo)、內(nèi)容與核心要素及其研究方法。[本章難點]：人工智能的研究內(nèi)容。第2章知識表示[教學(xué)目的與要求]：本章節(jié)共介紹了七種知識表示方法，要求掌握狀態(tài)空間法、問題規(guī)約法、謂詞邏輯法、語義網(wǎng)絡(luò)法和知識圖譜的要點以及他們之間的關(guān)系。[本章主要內(nèi)容]：2.1知識及其表示的概述2.2狀態(tài)空間法（支撐課程目標(biāo)1、2、4）2.3問題規(guī)約法（支撐課程目標(biāo)1、2、4）2.4.謂詞邏輯法（支撐課程目標(biāo)1、2、4）2.5.語義網(wǎng)絡(luò)法（支撐課程目標(biāo)1、4、5）2.6框架表示法（支撐課程目標(biāo)1、4、5）2.7知識圖譜（支撐課程目標(biāo)1、2、5）2.8面向?qū)ο蟊硎痉ǎㄖ握n程目標(biāo)1、2、4）[本章重點]：學(xué)習(xí)問題規(guī)約法的基本思想，掌握在問題規(guī)約法中如何將初始問題變換為子問題問題描述了解語義網(wǎng)絡(luò)法表示的詞法、結(jié)構(gòu)、過程在面向?qū)ο蟊硎痉ㄖ惺熘惱^承[本章難點]：掌握狀態(tài)空間法、問題規(guī)約法、謂詞邏輯法、語義網(wǎng)絡(luò)法和知識圖譜的要點以及他們之間的關(guān)系。第3章搜索技術(shù)掌握搜索技術(shù)中圖搜索策略（如寬度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索、等代價搜索）、啟發(fā)式搜索策略、理解極大極小分析法基本思想，學(xué)會α-β剪枝技術(shù)，掌握遺傳算法原理和模擬退火算法原理。[本章主要內(nèi)容]：3.1盲目搜索。3.2啟發(fā)式搜索（支撐課程目標(biāo)1、3、4）3.3博弈樹搜索（支撐課程目標(biāo)1、3、4）3.4遺傳算法（支撐課程目標(biāo)1、3、4）3.5免疫算法（支撐課程目標(biāo)1、3、4）[本章重點]：掌握啟發(fā)式搜索方法掌握遺傳算法原理和結(jié)構(gòu)了解模擬退火原理理解免疫算法框架圖[本章難點]：博弈樹中極大極小分析法基本思想和α-β剪枝技術(shù)，掌握啟發(fā)式搜索中A*算法，掌握遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)的選擇，理解遺傳算法的結(jié)構(gòu)。第4章推理技術(shù)[教學(xué)目的與要求]：熟知消解原理中子句集的求取，消解推理規(guī)則以及消解反求演過程；掌握正向規(guī)則演繹系統(tǒng)中事實表達式的與或形表達式變換事以及與或圖的F規(guī)則變換和終止條件的目標(biāo)公式；了解反向規(guī)則演繹系統(tǒng)，掌握與或圖的B規(guī)則變換。掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、表示和推理以及定性模型推理。[本章主要內(nèi)容]：4.1消解原理（支撐課程目標(biāo)1、3）4.2規(guī)則演繹系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)3、5）4.3產(chǎn)生式系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)2、4、5）4.4定性推理（支撐課程目標(biāo)2、3、5）[本章重點]：子句集的求取，消解推理的規(guī)則和反演問題求解方法規(guī)則演繹系統(tǒng)的定義、正向推理、逆向推理的過程產(chǎn)生式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[本章難點]：理解消解反演的思想和產(chǎn)生式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，掌握雙向演繹的匹配問題。第5章機器學(xué)習(xí)[教學(xué)目的與要求]：掌握機器學(xué)習(xí)的主要策略與基本結(jié)構(gòu)，會用幾種常見的機器學(xué)習(xí)方法，如歸納學(xué)習(xí)、決策樹學(xué)習(xí)、類比學(xué)習(xí)和支持向量機等。掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、模型和算法，以及表示和推理，了解深度學(xué)習(xí)定義與特點及常用的模型。[本章主要內(nèi)容]：5.1機器學(xué)習(xí)概述5.2機器學(xué)習(xí)的主要策略與基本結(jié)構(gòu)（支撐課程目標(biāo)1、2、3、5）。5.3常見的機器學(xué)習(xí)方法（支撐課程目標(biāo)1、2、3）5.4基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)（支撐課程目標(biāo)1、3）5.5深度學(xué)習(xí)（支撐課程目標(biāo)1、4、5）[本章重點]：機器學(xué)習(xí)的主要策略和結(jié)構(gòu)掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、模型和算法，以及表示和推理[本章難點]：機器學(xué)習(xí)的主要策略和結(jié)構(gòu)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、算法和推理五、課內(nèi)實驗無六、課程學(xué)時分配教學(xué)課次教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)與計劃時數(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)計劃時數(shù)1第一章緒論理論課22第二章知識表示2.1知識及其表示概述2.2狀態(tài)空間法理論課23第二章知識表示2.3問題歸約法2.4謂詞邏輯法理論課2４第二章知識表示2.5語義網(wǎng)絡(luò)法2.6框架表示法理論課25第二章知識表示2.7知識圖譜2.8面向?qū)ο蟊硎痉ɡ碚撜n26第三章搜索技術(shù)3.1盲目搜素3.2啟發(fā)式搜索理論課27第三章搜索技術(shù)3.3博弈樹搜素理論課28第三章搜索技術(shù)3.4遺傳算法理論課29*第三章搜索技術(shù)3.5模擬退火算法3.6免疫算法理論課210*第四章推理技術(shù)4.1消解原理消解反求演過程理論課211*第四章推理技術(shù)4.2規(guī)則演繹系統(tǒng)理論課212第四章推理技術(shù)4.3產(chǎn)生式系統(tǒng)4.4定性推理理論課213第二章第三章第四章作業(yè)講解理論課214第五章機器學(xué)習(xí)5.1機器學(xué)習(xí)概述5.1常見的機器學(xué)習(xí)方法理論課215第五章機器學(xué)習(xí)5.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)5.4深度學(xué)習(xí)理論課216學(xué)生分組講解的本學(xué)期學(xué)習(xí)的人工智能的相關(guān)知識和作業(yè)理論課2七、課程考核與成績評定7.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學(xué)習(xí)過程考核和期末考核，其中課程過程考核占總成績的40%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)進行評定；期末考核成績占總成績的60%，主要以完成課程大作業(yè)報告和講解情況進行評定。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計過程考核（平時成績）課堂表現(xiàn)20%40%作業(yè)20%期末考核（大作業(yè)）大作業(yè)的報告30%60%大作業(yè)講解30%總計100%100%7.2考核內(nèi)容及要求本課程為考查課?？己藘?nèi)容及分值分配如下。考核方式考核內(nèi)容分值課程目標(biāo)總分值期末考核60%知識表示方法30目標(biāo)1、2、5100分搜索技術(shù)30目標(biāo)2、3推理技術(shù)20目標(biāo)4、5機器學(xué)習(xí)方法20目標(biāo)1、4、5過程考核40%課堂表現(xiàn)課堂測試、出勤情況20目標(biāo)1、2、540分課后作業(yè)作業(yè)完成情況20目標(biāo)2、3、47.3成績評定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分45分，由課堂測試與課堂出勤情況評定。其中，課堂測試滿分15分，課堂出勤滿分5分，缺勤一次扣1分，遲到或請假扣0.5分。2.課后作業(yè)課后作業(yè)總分20分，由作業(yè)完成情況評定。每學(xué)期布置作業(yè)2次，每次作業(yè)占10分，評分標(biāo)準(zhǔn)如下；評分標(biāo)準(zhǔn)分值標(biāo)準(zhǔn)描述課后作業(yè)3能夠按時認(rèn)真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認(rèn)真、書寫清楚2能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度較好、書寫較清楚1能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度一般、書寫不清楚0不交作業(yè)或作業(yè)態(tài)度不認(rèn)真、抄襲他人作業(yè)3.期末考核采用大作業(yè)考核，期末成績?yōu)榘俜种?，計入總成績時乘以60%，其大作業(yè)內(nèi)容覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標(biāo)的授課內(nèi)容，完成后在綜合教務(wù)系統(tǒng)中按照設(shè)定的占比系數(shù)錄入成績。八、課程評價與持續(xù)改進8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設(shè)置達成情況目標(biāo)值，采用成績分析法進行評價。課程達成評價根據(jù)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)課程達成評價方法進行計算，評價結(jié)果用于持續(xù)改進。大數(shù)據(jù)系負(fù)責(zé)人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進措施，監(jiān)督持續(xù)改進過程。課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)撰寫課程考核總結(jié)報告，實施課程評價持續(xù)改進。8.2持續(xù)改進1）日常教學(xué)：根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師采取座談會、與學(xué)生單獨交流，及時調(diào)整教學(xué)方法、進度，做出教學(xué)改進。2）課堂質(zhì)疑或短時間交流討論：對課堂