《人工智能導(dǎo)論》教學(xué)大綱

《人工智能導(dǎo)論》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22150071課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)）先修課程：高等數(shù)學(xué)C、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)等適用專業(yè)：機(jī)器人工程專業(yè)開課單位：智能工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《人工智能導(dǎo)論》是機(jī)器人工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本課程主要是學(xué)習(xí)人工智能方向的基礎(chǔ)知識(shí)，包括知識(shí)表示的各種主要方法、確定性推理方法、不確定性推理方法、搜索求解策略、智能計(jì)算、群智能算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)等內(nèi)容，本課程注重介紹人工智能中的常用算法及方法，拓展學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的視野。二、課程目標(biāo)通過(guò)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?jī)?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)。課程目標(biāo)2：初步學(xué)習(xí)和掌握人工智能的基本技術(shù)，能夠用合適的仿真工具去復(fù)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的算法，初步具備用經(jīng)典的人工智能方法解決一些簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題的能力。課程目標(biāo)3：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，對(duì)人工智能從整體上有一個(gè)較清晰、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實(shí)際問(wèn)題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)使用合適的編程語(yǔ)言去解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《人工智能導(dǎo)論》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)機(jī)器人工程專業(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3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案3.1能夠針對(duì)機(jī)器人工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題提出網(wǎng)絡(luò)化、智能解決方案。課程目標(biāo)1：了解人工智能的發(fā)展?fàn)顩r與研究?jī)?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)。M4.研究4.3能夠采用計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)物或半實(shí)物仿真等方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。課程目標(biāo)2：初步學(xué)習(xí)和掌握人工智能的基本技術(shù)，能夠用合適的仿真工具去復(fù)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的算法，初步具備用經(jīng)典的人工智能方法解決一些簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題的能力。M5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠運(yùn)用MATLAB、Proteus、PLC、ROS等工具對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)和仿真分析，并理解其局限性。課程目標(biāo)3：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，對(duì)人工智能從整體上有一個(gè)較清晰、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實(shí)際問(wèn)題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)使用合適的編程語(yǔ)言去解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力。M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(shí)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(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)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(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1人工智能的概念1.2人工智能發(fā)展簡(jiǎn)史1.3人工智能的基本內(nèi)容1.4人工智能的研究領(lǐng)域思政：培養(yǎng)民族自信教學(xué)要求：了解人工智能研究的特點(diǎn)、內(nèi)容、發(fā)展歷史及未來(lái)，增加對(duì)人工智能學(xué)科的認(rèn)識(shí)。重點(diǎn)：掌握人工智能的定義、范疇和流派。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(shí)和研究熱點(diǎn)。212.知識(shí)表示2.1知識(shí)的特性、分類和表示2.2表示方法：一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架等思政：引入我國(guó)老一輩科學(xué)家的科學(xué)精神教學(xué)要求：了解知識(shí)及知識(shí)表示的概念及分類，掌握知識(shí)表示方法如一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架式等。重點(diǎn):一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架式表示法。難點(diǎn):一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式表示法。41、33.確定性推理方法3.1推理的基本概念3.2確定性推理方法：自然演繹推理、謂詞公式化為子句集的方法、魯賓遜歸結(jié)原理；3.3確定性推理方法的應(yīng)用：歸結(jié)反演、應(yīng)用歸結(jié)原理求解問(wèn)題；教學(xué)要求：熟練掌握謂詞公式化為子句集的方法；熟練掌握歸結(jié)原理、方法，并能靈活應(yīng)用。重點(diǎn):謂詞公式化為子句集的方法。難點(diǎn):歸結(jié)原理、方法及應(yīng)用。41、34.不確定性推理方法4.1不確定性推理的基本概念4.2可信度方法、證據(jù)理論等基于概率的推理方法；4.3模糊推理方法；教學(xué)要求：了解可信度方法、證據(jù)理論及其推理方法。掌握模糊集合、模糊知識(shí)表示、模糊推理方法，并能靈活應(yīng)用，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。重點(diǎn):可信度方法、證據(jù)理論及其推理方法。難點(diǎn):模糊集合、模糊知識(shí)表示及模糊推理方法。41、2、35.搜索求解策略5.1搜索的概念5.2狀態(tài)空間的搜索策略5.3盲目的圖搜索策略5.4啟發(fā)式圖搜索策略教學(xué)要求：搜索的基本概念、基本方法；掌握搜索方法的實(shí)現(xiàn)與基本軟件設(shè)計(jì)，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。重點(diǎn):搜索策略的基本概念和基本方法。難點(diǎn):搜索方法的實(shí)現(xiàn)與基本軟件設(shè)計(jì)。41、2、36.智能計(jì)算及其應(yīng)用6.1遺傳算法的產(chǎn)生與發(fā)展6.2基本遺傳算法6.3遺傳算法的改進(jìn)算法6.4遺傳算法的應(yīng)用6.5群智能算法產(chǎn)生的背景；6.6粒子群優(yōu)化算法及粒子群優(yōu)化算法的應(yīng)用6.7基本蟻群算法、改進(jìn)算法及蟻群算法的應(yīng)用思政：科學(xué)精神教學(xué)要求：掌握遺傳算法的基本概念和基本方法；了解一些遺傳算法的改進(jìn)算法，了解遺傳算法的應(yīng)用實(shí)例；掌握粒子群優(yōu)化算法的基本概念、基本步驟等基本內(nèi)容；掌握蟻群算法的設(shè)計(jì)、調(diào)試，了解蟻群算法的應(yīng)用例子。重點(diǎn):遺傳算法的基本概念和基本方法；粒子群優(yōu)化算法的基本概念和基本步驟。難點(diǎn):遺傳算法的改進(jìn)算法，及遺傳算法的應(yīng)用實(shí)例；蟻群算法的設(shè)計(jì)和調(diào)試61、2、37.專家系統(tǒng)7.1專家系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展以及基本概念7.2專家系統(tǒng)的工作原理及其建立方法7.3專家系統(tǒng)實(shí)例教學(xué)要求：掌握專家系統(tǒng)的基本概念、基本特征、一般結(jié)構(gòu)等基本內(nèi)容；掌握專家系統(tǒng)的建造、開發(fā)，了解專家系統(tǒng)的應(yīng)用例子。重點(diǎn):專家系統(tǒng)的基本概念、基本特征、一般結(jié)構(gòu)等基本內(nèi)容。難點(diǎn):專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)方法。41、2、38.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用8.1神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念；8.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法及其應(yīng)用；8.3Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用。教學(xué)要求：掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、常用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；了解BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法及其在模式識(shí)別、軟測(cè)量等工程中的應(yīng)用；了解Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性及其在聯(lián)想記憶、優(yōu)化等工程中的應(yīng)用。重點(diǎn):BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法及其應(yīng)用。難點(diǎn):Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性及其應(yīng)用。41、2、3合計(jì)32五、教學(xué)方法及手段本課程采用課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、仿真教學(xué)等手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。講授環(huán)節(jié)主要采用教師講解、演示、互動(dòng)的教學(xué)形式。教師講解知識(shí)點(diǎn)、演示程序代碼，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)形成直觀印象，并通過(guò)課堂教學(xué)雙方互相提問(wèn)，與學(xué)生互動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上發(fā)表自己的見解，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，注重理論指導(dǎo)的作用。在教學(xué)環(huán)節(jié)引入多媒體演示，通過(guò)形象生動(dòng)的視頻演示讓學(xué)生們了解人工智能的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用所在。同時(shí)課后，布置一定的作業(yè)，給學(xué)生充分地思考空間，培養(yǎng)學(xué)生勤學(xué)善思的好習(xí)慣。六、課程資源1.推薦教材：（1）王萬(wàn)良.人工智能導(dǎo)論（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2020年.2.參考書：（1）李德毅.人工智能導(dǎo)論[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.2018年.（2）李開復(fù).AI未來(lái)[M].浙江：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.（4）王士同.人工智能教程[M].北京：電子工業(yè)出版社.2006年.（5）MichaelNegnevitsky.人工智能：智能系統(tǒng)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2012年.（6）丁世飛.人工智能[M].北京:清華大學(xué)出版社.2015年.3.期刊：（1）JolantaS,MartaC.Mixingtimepredictionwithartificialneuralnetworkmodel[J].ChemicalEngineeringScience,2021,246.（2）黃書召,田軍委,喬路等.基于改進(jìn)遺傳算法的無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2021,41(02):390-397.（3）陳秋蓮,鄭以君,蔣環(huán)宇等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)粒子群算法的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,49(02):51-55.（4）嚴(yán)春滿,王鋮.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型發(fā)展及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索,2021,15(01):27-46.（5）徐輝,祝玉華,甄彤等.深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像語(yǔ)義分割方法綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索,2021,15(01):47-59.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）國(guó)家精品課程在線學(xué)習(xí)平臺(tái)：/.（2）智慧樹在線教育平臺(tái)：/.（3）學(xué)堂在線國(guó)家精品課堂在線學(xué)習(xí)平臺(tái)：/（4）coursera在線課程平臺(tái)：/courses.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問(wèn)題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?5作業(yè)15（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)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(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?55章節(jié)階段測(cè)試15（1）根據(jù)學(xué)生參與的所有章節(jié)階段測(cè)試獲得的分?jǐn)?shù)取平均分，滿分100分。（2）以章節(jié)階段測(cè)試成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√555大作業(yè)60大作業(yè)為線下考核為主，每位同學(xué)應(yīng)從多個(gè)題目中選取一個(gè)進(jìn)行撰寫相關(guān)報(bào)告或論文。學(xué)生應(yīng)當(dāng)獨(dú)立完任務(wù)，報(bào)告或論文應(yīng)當(dāng)邏輯通順、內(nèi)容豐富，有自己的見解。（3）凡是全文抄襲者，大作業(yè)成績(jī)不及格。√√√252510合計(jì)：100分403525八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)、章節(jié)階段測(cè)試、大作業(yè)等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由大作業(yè)成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：大作業(yè)成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），要求學(xué)生獨(dú)立完成一份報(bào)告或論文；課堂表現(xiàn)、作業(yè)、章節(jié)階段測(cè)試等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)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)25筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶