機器學(xué)習(xí)課程教學(xué)大綱

1、機器學(xué)習(xí)課程教學(xué)大綱（ HYPERLINK /link?url=v7rEvdP-0-Ag6X32oVZPB06M9ndbU605ZM_UCftux0udYmykR22cPhPPBdaShrKoPJyHmY2LscEH-DMPWw9vdYMHRSIpNLuAPIPDRsP-cS t /_blank Machine Learning）一、課程概況課程代碼：0808012學(xué)分：2學(xué)時：32（其中：講授學(xué)時32）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)庫原理、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、Python編程、SAS軟件基礎(chǔ)適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)建議教材：機器學(xué)習(xí)，周志華編，清華大學(xué)出版社，201 7

2、課程歸口：理學(xué)院課程的性質(zhì)與任務(wù)：機器學(xué)習(xí)是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的專業(yè)課程。建設(shè)信息安全保障體系是信息安全保障工作的重要任務(wù)，信息安全保密是信息安全保障中的核心問題之一。隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，信息安全與保密成了影響計算機應(yīng)用的重要問題。本課程教學(xué)目標(biāo)就是讓數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生掌握常見的機器學(xué)習(xí)算法，包括算法的主要思想和基本步驟，并通過編程練習(xí)和典型應(yīng)用實例加深了解；同時對機器學(xué)習(xí)的一般理論，如假設(shè)空間、采樣理論、計算學(xué)習(xí)理論，以及無監(jiān)督學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)有所了解。學(xué)生學(xué)好這門課程的基本內(nèi)容和方法，對今后的學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用都具有重要的作用。二、課程目標(biāo)目標(biāo)1. 能夠根

3、據(jù)實驗方案構(gòu)建實驗系統(tǒng)，進行實驗。目標(biāo)2. 能夠針對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源和開發(fā)工具。目標(biāo)3. 能夠使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源和開發(fā)工具對數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求5-3（占該指標(biāo)點達(dá)成度的10%）、畢業(yè)要求7-1（占該指標(biāo)點達(dá)成度的7%），對應(yīng)關(guān)系如表所示。畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3畢業(yè)要求5-3畢業(yè)要求7-1三、課程內(nèi)容及要求第1部分 緒論（講課 4 學(xué)時）第1.1部分 機器學(xué)習(xí)的一般原理與相關(guān)概念 （講課 2 學(xué)時） 具體內(nèi)容: 1)了解機器學(xué)習(xí)的發(fā)展歷程。 2)理解機器學(xué)習(xí)

4、的一般原理。 3)掌握機器學(xué)習(xí)的相關(guān)概念。第1.2部分 學(xué)習(xí)問題的標(biāo)準(zhǔn)描述與選擇目標(biāo)函數(shù) （講課 2 學(xué)時） 具體內(nèi)容:學(xué)習(xí)問題的標(biāo)準(zhǔn)描述。2)掌握選擇目標(biāo)函數(shù)的表示、選擇函數(shù)逼近算法。思政內(nèi)容：1）了解機器學(xué)習(xí)發(fā)展歷程，認(rèn)識人類探索自然研究自然規(guī)律規(guī)則的艱辛與鍥而不舍，學(xué)習(xí)難難于上青天應(yīng)上下求索。2）掌握將實際問題用數(shù)學(xué)公式方程表達(dá)的方法，理解實踐升華為理論的價值與意義，理論來源實踐高于實踐并指導(dǎo)實踐。重 點:機器學(xué)習(xí)的基本概念與基本原理，目標(biāo)函數(shù)的選擇。難 點: 機器學(xué)習(xí)的基本概念與基本原理。第2部分 概念學(xué)習(xí)和一般到特殊序 第2.1部分 概念學(xué)習(xí)的定義和基本方法（講課2 學(xué)時） 具體內(nèi)容

5、: 掌握概念學(xué)習(xí)的任務(wù)和基本術(shù)語（實例，目標(biāo)概念，訓(xùn)練樣例，正例，反例，假設(shè)）了解歸納學(xué)習(xí)的方法。第2.2部分 假設(shè)的一般到特殊序（講課 2 學(xué)時） 具體內(nèi)容: 1) 理解 Find-S算法：尋找極大特殊假設(shè)。 2) 掌握 變型空間和候選消除算法、學(xué)習(xí)結(jié)果的評價。思政元素：通過對機器學(xué)習(xí)方法和過程的學(xué)習(xí)，理解人類在自然環(huán)境中學(xué)習(xí)的步驟與方式，從而達(dá)到認(rèn)識自然、掌握自然規(guī)律，和自然和諧相處的目的，天地人合一萬象氣新。重 點: 概念學(xué)習(xí)的任務(wù)和基本術(shù)語（實例，目標(biāo)概念，訓(xùn)練樣例，正例，反例，假設(shè)） 、 變型空間和候選消除算法 、學(xué)習(xí)結(jié)果的評價。難 點: 變型空間和候選消除算法、學(xué)習(xí)結(jié)果的評價。第3

6、部分 決策樹學(xué)習(xí)第3.1部分 決策樹學(xué)習(xí)的基本原理 （講課2學(xué)時） 具體內(nèi)容： 掌握選擇度量標(biāo)準(zhǔn)的基本原理。第3.2部分 決策樹學(xué)習(xí)的基本 算法 課 2 時）具體內(nèi)容:掌握 基本的決策樹學(xué)習(xí)算法第3.3部分 決策樹學(xué)習(xí)的 表示法（ 課 4 時）具體內(nèi)容:學(xué)習(xí)中的假設(shè)空間搜索、決策樹學(xué)習(xí)的歸納偏置與決策樹學(xué)習(xí)的常見問題(過度擬合,連續(xù)值屬性等)和常用的處理方法（修剪，定義新的離散值屬性等）思政元素：通過對決策樹的學(xué)習(xí)和理解，從而認(rèn)識人類自身的學(xué)習(xí)過程概括，知己知彼百戰(zhàn)不殆。重 點: 決策樹學(xué)習(xí)的基本原理、算法與表示法。難 點: 決策樹學(xué)習(xí)的基本原理、算法與表示法。第4部分 人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 第4.

7、1部分 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和表示方法 （講課2學(xué)時）具體內(nèi)容： 1) 理解 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 基本概念。 2 ) 掌握 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和表示方法 。第4.2部分 感知器的基本原理和訓(xùn)練法則 （講課2學(xué)時）具體內(nèi)容：理解 感知器的基本原理和訓(xùn)練法則 。第4.3部分 反向傳播算法（BP）和訓(xùn)練法則 （講課4學(xué)時）具體內(nèi)容：掌握 反向傳播算法（BP）和訓(xùn)練法則 ，并了解局部最小與全局最小。思政元素：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對人類大腦思考決策的簡單模擬，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，可以進一步促進學(xué)生對科學(xué)和未知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和探索，知有涯而學(xué)無盡。重 點: 感知器的基本原理和訓(xùn)練法則 ， 反向傳播算法（BP）和訓(xùn)練法則 并上機實現(xiàn)。

8、難 點: 反向傳播算法（BP）和訓(xùn)練法則 。第5部分 貝葉斯學(xué)習(xí) 第5.1部分 貝葉斯公式的基本原理、先驗概率，后驗概率的概念 （講課2學(xué)時） 具體內(nèi)容: 貝葉斯公式的基本原理、先驗概率，后驗概率的概念。 Brute-Force貝葉斯概念學(xué)習(xí)的基本原理和貝葉斯法則的應(yīng)用第5.2部分 MAP假設(shè)和一致學(xué)習(xí)器 （講課2學(xué)時）具體內(nèi)容:掌握 MAP假設(shè)和一致學(xué)習(xí)器 的用法。第5.3部分 應(yīng)用貝葉斯最優(yōu)分類器原理和算法 （講課4學(xué)時）具體內(nèi)容:掌握樸素貝葉斯分類器與半樸素貝葉斯分類器，了解貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點。思政元素：貝葉斯分類器基于貝葉斯公式原理，理論應(yīng)聯(lián)系實際從而發(fā)揮價值，天生我才必有用，束之高閣

9、惹塵埃。重 點: Brute-Force貝葉斯概念學(xué)習(xí)的基本原理和貝葉斯法則的應(yīng)用 ； 貝葉斯最優(yōu)分類器原理和算法 。難 點: 貝葉斯最優(yōu)分類器原理和算法及其實現(xiàn)。本課程安排在第5學(xué)期。教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系及建議時間分配如表所示。序號教學(xué)內(nèi)容支撐的課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點講授學(xué)時實驗學(xué)時1緒論目標(biāo)15-342概念學(xué)習(xí)和一般到特殊序目標(biāo)2、37-143決策樹學(xué)習(xí)目標(biāo)2、35-384人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)2、35-3、7-185貝葉斯學(xué)習(xí)目標(biāo)2、35-3、7-18合計32四、課程實施（一）教學(xué)方法：課堂講授中要重點對基本概念、基本方法和解題思路的講解；采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問

10、題和解決問題的能力；引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生通過實踐和自學(xué)獲取知識，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力；增加討論課，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。講課要聯(lián)系實際并注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維。（二）教學(xué)手段：本課程建議采用課堂講授、討論、多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)形式，以確保在有限的學(xué)時內(nèi)，全面、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)任務(wù)。（三）教師在授課過程中可以根據(jù)實際情況酌情安排各部分的學(xué)時，課時分配表僅供參考。（四）主要教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求如表所示。主要教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量要求1備課（1）掌握本課程教學(xué)大綱內(nèi)容，嚴(yán)格按照教學(xué)大綱要求進行課程教學(xué)內(nèi)容的組織。（2）熟悉教材各章節(jié)，借助專業(yè)書籍資料，并依據(jù)教學(xué)大綱編寫授課計劃，編寫每次授課的教案。

11、教案內(nèi)容包括章節(jié)標(biāo)題、教學(xué)目的、教法設(shè)計、課堂類型、時間分配、授課內(nèi)容、課后作業(yè)、教學(xué)效果分析等方面。（3）根據(jù)各部分教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)思授課思路、技巧，選擇合適的教學(xué)方法。2講授（1）要點準(zhǔn)確、推理正確、條理清晰、重點突出，能夠理論聯(lián)系實際，熟練地解答和講解例題。（2）采用多種教學(xué)方式（如啟發(fā)式教學(xué)、案例分析教學(xué)、討論式教學(xué)、多媒體示范教學(xué)等），注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。（3）能夠采用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)。（4）表達(dá)方式應(yīng)能便于學(xué)生理解、接受，力求形象生動，使學(xué)生在掌握知識的過程中，保持較為濃厚的學(xué)習(xí)興趣。3作業(yè)布置與批改學(xué)生必須完成規(guī)定數(shù)量的作業(yè)，作業(yè)必須達(dá)到以下基本要求：（1）按

12、時按量完成作業(yè)，不缺交，不抄襲。（2）書寫規(guī)范、清晰。（3）解題方法和步驟正確。教師批改和講評作業(yè)要求如下：（1）學(xué)生的作業(yè)要按時全部批改，并及時進行講評。（2）教師批改和講評作業(yè)要認(rèn)真、細(xì)致，按百分制評定成績并寫明日期。（3）學(xué)生作業(yè)的平均成績應(yīng)作為本課程總評成績中平時成績的重要組成部分。4課外答疑為了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助學(xué)生更好地理解和消化所學(xué)知識、改進學(xué)習(xí)方法和思維方式，培養(yǎng)其獨立思考問題的能力，任課教師需每周安排一定時間進行課外答疑與輔導(dǎo)。5成績考核本課程考核的方式為閉卷筆試?？荚嚥扇〗炭挤蛛x，監(jiān)考由學(xué)院統(tǒng)一安排。有下列情況之一者，總評成績?yōu)椴患案瘢海?）缺交作業(yè)次數(shù)達(dá)1/3以上者。

13、（2）缺課次數(shù)達(dá)本學(xué)期總授課學(xué)時的1/3以上者。（3）課程目標(biāo)小于0.6。五、考核方式（一）課程考核包括期末考試、平時及作業(yè)情況考核，期末考試采用閉卷筆試。（二）課程成績=平時成績50%+期末考試成績50%。具體內(nèi)容和比例如表所示。成績組成考核/評價環(huán)節(jié)權(quán)重考核/評價細(xì)則對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點平時成績平時作業(yè)30%課后完成20-30個習(xí)題，主要考核學(xué)生對每節(jié)課知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，計算全部作業(yè)的平均成績再按20%計入總成績。7-1、5-3考勤及課堂練習(xí)20%以隨機的形式，在每章內(nèi)容進行中或結(jié)束后，隨堂測試1-3題，主要考核學(xué)生課堂的聽課效果和課后及時復(fù)習(xí)消化本章知識的能力，結(jié)合平時考勤，最后按10%計入課程總成績。7-1、5-3期末考試期末考試卷面成績50%試卷題型包括填空題、選擇題、判斷題和綜合計算應(yīng)用題等，以卷面成績的70%計入課程總成績。7-1、5-3（三）所有課程目標(biāo)均需大于等于0.6，否則總評成績不及格，需要補考或重修。每個課程目標(biāo)達(dá)成度計算方法如下：式中：Ai=平時成績占總評成績的權(quán)重課程目標(biāo)i在平時成績中的權(quán)重，Bi=期末成績占總評成績的權(quán)重課程目標(biāo)i在期末成績中的權(quán)重。六、有關(guān)說明（一）持續(xù)改進本課程根據(jù)學(xué)生作業(yè)、課堂討論、平時考核情況和學(xué)生、教學(xué)督導(dǎo)等的反饋，及時對教學(xué)