《機(jī)器學(xué)習(xí)與應(yīng)用》教學(xué)大綱

《機(jī)器學(xué)習(xí)與應(yīng)用》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13180520英文名稱：MachineLearning&Application學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)，其中理論32學(xué)時(shí)，實(shí)踐32學(xué)時(shí)先修課程：高級(jí)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程類別：專業(yè)主干課授課對(duì)象：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第4學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)機(jī)器學(xué)習(xí)與應(yīng)用是數(shù)據(jù)科學(xué)理論基礎(chǔ)研究的重要組成部分,機(jī)器學(xué)習(xí)與應(yīng)用課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)主干課。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握常見機(jī)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(shí)例加深了解；同時(shí)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的一般理論有深刻認(rèn)識(shí)。課程目標(biāo)1:對(duì)國際上機(jī)器學(xué)習(xí)研究及應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展有較全面地把握和及時(shí)了解。課程目標(biāo)2：掌握主流的機(jī)器學(xué)習(xí)方法和模型，并能根據(jù)實(shí)際問題的需要選擇并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的算法。課程目標(biāo)3：增強(qiáng)邏輯思維能力與實(shí)踐能力，為后續(xù)高級(jí)課程奠定基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重1-2：能夠?qū)⒊绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等知識(shí)與方法，用于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程的分析。課程目標(biāo)2M3-1：針對(duì)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程問題，能夠在理解復(fù)雜工程問題的基礎(chǔ)上定義功能、目標(biāo)和限制，并設(shè)計(jì)開發(fā)復(fù)雜工程問題的解決方案。課程目標(biāo)2H4-1：能夠通過文獻(xiàn)閱讀和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并采用大數(shù)據(jù)技術(shù)原理，就復(fù)雜工程應(yīng)用中涉及的局部性功能或性能問題進(jìn)行研究，對(duì)結(jié)果或數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋。課程目標(biāo)1M5-1：能夠針對(duì)大數(shù)據(jù)工程問題，為構(gòu)建復(fù)雜工程問題的模擬環(huán)境選擇和使用合適的現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，并能理解其局限性。課程目標(biāo)3H5-2：能夠針對(duì)大數(shù)據(jù)工程問題，為預(yù)測與分析工程模型選擇和使用合適的現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，并能理解其局限性。課程目標(biāo)3M三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1機(jī)器學(xué)習(xí)概述了解時(shí)代背景、發(fā)展現(xiàn)狀，并掌握機(jī)器學(xué)習(xí)基本概念。2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)12線性回歸掌握回歸算法、歸一化及優(yōu)化方法2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)33邏輯回歸理解分類算法原理、邏輯回歸算法、Sigmoid函數(shù)2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)24樸素貝葉斯理解貝葉斯公式原理，掌握樸素貝葉斯算法2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)25支持向量機(jī)掌握支持向量機(jī)算法原理，理解線性可分及線性不可分的區(qū)別，掌握核方法4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)26K近鄰算法掌握距離度量方式，掌握K近鄰算法2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)27聚類算法理解無監(jiān)督學(xué)習(xí)原理，掌握K-means聚類算法，掌握密度聚類和層次聚類算法，運(yùn)用多種聚類算法評(píng)價(jià)指標(biāo)分析各種聚類算法4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)38降維算法理解降維算法的原理，掌握LDA算法，掌握PCA算法2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)39決策樹理解決策樹的原理，掌握ID3算法，掌握C4.5算法4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)310集成學(xué)習(xí)理解集成學(xué)習(xí)的原理，掌握Adboost算法，掌握XGboost算法4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)311深度學(xué)習(xí)了解深度學(xué)習(xí)的基本概念、掌握常見結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)算法的應(yīng)用4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3合計(jì)32序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1線性回歸算法的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用掌握數(shù)據(jù)處理的基本技巧，掌握線性回歸算法的基本應(yīng)用。6設(shè)計(jì)課程目標(biāo)22邏輯回歸算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)掌握邏輯回歸算法的技術(shù)，利用邏輯回歸算法進(jìn)行分類。6設(shè)計(jì)課程目標(biāo)23支持向量機(jī)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用掌握支持向量機(jī)的學(xué)習(xí)與推理，利用支持向量機(jī)完成不同場景的分類。6設(shè)計(jì)課程目標(biāo)24聚類算法的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用掌握K-means聚類算法技術(shù)，并完成無監(jiān)督聚類算法的具體應(yīng)用。6設(shè)計(jì)課程目標(biāo)25卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)掌握卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的卷積核、池化層等參數(shù)的配置，及訓(xùn)練的技巧。8綜合課程目標(biāo)2合計(jì)32注：實(shí)驗(yàn)要求包括必修、選修；實(shí)驗(yàn)類型包括演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)等，后兩類占比大于80%。四、課程教學(xué)方法采取集中講授、課堂討論、案例分析、在線教學(xué)等教學(xué)方式。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時(shí)作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)、期末綜合大作業(yè)組成，均按百分制計(jì)分，其中平時(shí)作業(yè)成績占20%、課程實(shí)驗(yàn)成績占30%、期末考核成績占50%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)10100202課程實(shí)驗(yàn)101010303期末綜合大作業(yè)10202050課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值304030100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)作業(yè)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握到位。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握得較為到位。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握得基本到位。不交和補(bǔ)交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握有偏差。2.課程實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分課程實(shí)驗(yàn)?zāi)芨鶕?jù)實(shí)驗(yàn)要求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，有自己的設(shè)計(jì)理念，實(shí)驗(yàn)完成度高，效果好。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容完整。能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，有自己的設(shè)計(jì)理念，實(shí)驗(yàn)完成度較高，效果較好。實(shí)驗(yàn)報(bào)告比較完整。能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)完成度一般，效果一般。實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本完整?；灸芨鶕?jù)實(shí)驗(yàn)要求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)完成度較差，效果較差。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不完整。3.期末綜合大作業(yè)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分課程論文大作業(yè)規(guī)范，符合課程論文寫作要求；內(nèi)容主題明確，符合課程教學(xué)內(nèi)容，有明確的綜合分析論點(diǎn)。敘述清楚，理論正確，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；文字規(guī)范。結(jié)果正確、完整，分析準(zhǔn)確，有條理，截圖清晰?？偨Y(jié)不空洞，具體、有內(nèi)涵，體現(xiàn)出深入的思考過程。大作業(yè)格式符合課程論文寫作要求；主題明確，符合課程教學(xué)內(nèi)容，具有較好的綜合分析論點(diǎn)。敘述描述良好，理論正確，結(jié)論合理；文字較規(guī)范。結(jié)果正確、比較完整，分析比較準(zhǔn)確，條理一般，截圖清晰。總結(jié)不空洞，具體、有內(nèi)涵，較好地體現(xiàn)出思考過程。大作業(yè)格式符合課程論文寫作要求；主題基本明確，較符合課程教學(xué)內(nèi)容，具有較好的綜合分析論點(diǎn)。敘述清楚，理論正確，結(jié)論基本合理；文字一般。結(jié)果正確、比較完整，分析、條理一般，截圖不清晰?？偨Y(jié)不空洞，具體、有內(nèi)涵，基本體現(xiàn)出思考過程。大作業(yè)格式不符合課程論文要求，僅能反映部分主題內(nèi)容，論文結(jié)構(gòu)不完整，論點(diǎn)分析不清晰。敘述不清楚，理論不正確，結(jié)論不合理；文字不通順。結(jié)果不正確，分析條理不清楚，截圖不清晰?？偨Y(jié)空洞，不具體；缺乏思考過程。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐應(yīng)用》，李博著，人民郵電出版社，2017年7月版；2．《機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)戰(zhàn)》，[美]PeterHarrington著，李銳，李鵬，曲亞東等譯，人民郵電出版社，2013年6月版。（二）參考資料1．《Python機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)教程》，[德]安德