《機(jī)器學(xué)習(xí)》課程教學(xué)大綱

《機(jī)器學(xué)習(xí)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱機(jī)器學(xué)習(xí)Machinelearning課程編碼OSI321821020開課院部海洋與空間信息學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)（未設(shè)置）學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)電子信息工程授課語言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、數(shù)字信號(hào)處理、人工智能模型和算法、數(shù)字圖像處理課程簡(jiǎn)介（限選）機(jī)器學(xué)習(xí)是研究怎樣使用計(jì)算機(jī)模擬或?qū)崿F(xiàn)人類學(xué)習(xí)活動(dòng)的科學(xué)，是信號(hào)信息處理領(lǐng)域中重要的熱點(diǎn)研究方向。本課程是面向電子信息工程專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)選修課，提供機(jī)器學(xué)習(xí)的入門基礎(chǔ)講解，讓學(xué)生能夠較為全面地了解機(jī)器學(xué)習(xí)這門學(xué)科的各類問題和方法論。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握機(jī)器學(xué)習(xí)中的主流學(xué)習(xí)思想和方法，包括監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法的基本原理；同時(shí)要求學(xué)生對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)研究及應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有較全面地把握和及時(shí)了解。此外，本課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力，要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)際問題的需要選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法并編程實(shí)現(xiàn)，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握海洋和空間信息處理領(lǐng)域所需的基本方法和技術(shù)手段，為學(xué)生開展相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)和科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。Machinelearningisasciencethatstudieshowtousecomputersimulationorrealizehumanlearningactivities,andisanimportanthotresearchdirectioninthefieldofsignalinformationprocessing.Thiscourseisaprofessionalelectivecourseforundergraduatesmajoringinelectronicinformationengineering.Itprovidesabasicintroductiontomachinelearning,sothatstudentscanhaveamorecomprehensiveunderstandingofthevariousproblemsandmethodologiesofthesubjectofmachinelearning.Throughthestudyofthiscourse,studentsshouldmasterthemainstreamlearningideasandmethodsinmachinelearning,includingthebasicprinciplesofalgorithmssuchassupervisedlearning,unsupervisedlearning,anddeeplearning.Haveamorecomprehensivegraspandtimelyunderstanding.Inaddition,thiscourseemphasizesthestudents'hands-onability,requiringstudentstochoosetheappropriatemachinelearningalgorithmandprogramtoachieveaccordingtotheneedsoftheactualproblem,soastodeepentheunderstandingoftheknowledgelearned.Throughthestudyofthiscourse,studentscanmasterthebasicmethodsandtechnicalmeansrequiredinthefieldofmarineandspatialinformationprocessing,layingthefoundationforstudentstocarryouttechnicaldevelopmentandscientificresearchinrelatedfields.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握數(shù)據(jù)信息處理問題中聚類、降維、分類、回歸等各種學(xué)習(xí)任務(wù)所適用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型和求解方法，包括無監(jiān)督學(xué)習(xí)、監(jiān)督學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法等。是1.21.22M2目標(biāo)2：能夠根據(jù)數(shù)據(jù)特征選擇、模式分類和預(yù)測(cè)等實(shí)際信息處理問題的不同特性選擇和設(shè)計(jì)合適的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)方案。是4.24.23M3目標(biāo)3：能夠通過編程等方式對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并正確收集和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。是4.34.3三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)11.11.1機(jī)器學(xué)習(xí)的基本概念機(jī)器學(xué)習(xí)的定義，機(jī)器學(xué)習(xí)的任務(wù)，機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展歷程，機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用。M10.5講授/討論0/21.21.2機(jī)器學(xué)習(xí)的基本術(shù)語數(shù)據(jù)集、樣本、屬性、樣本空間、屬性空間、特征維數(shù)、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、測(cè)試、訓(xùn)練樣本、測(cè)試樣本、標(biāo)記、預(yù)測(cè)、分類、回歸、聚類、監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、泛化、歸納、演繹。M11講授/討論0/32.12.1經(jīng)驗(yàn)誤差與過擬合訓(xùn)練誤差或者經(jīng)驗(yàn)誤差的含義，過擬合與欠擬合的概念與原因，泛化誤差M1,M21講授/討論0/42.22.2模型評(píng)估方法留出法，交叉驗(yàn)證法，自助法M1,M21講授/討論0/52.32.3性能度量均方誤差，錯(cuò)誤率與精度，查準(zhǔn)率，查全率，F(xiàn)-1分?jǐn)?shù)，ROC與AUC曲線M30.5講授/討論0/63.13.1線性模型基本形式線性模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，線性組合M1,M20.5講授/討論0/73.23.2線性回歸線性回歸的定義，學(xué)習(xí)目標(biāo)與損失函數(shù)，平方損失，交叉熵?fù)p失，求解方法M1,M21講授/討論0/83.33.3線性判別分析Fisher判別分析的概念，類內(nèi)離散度，類間離散度，優(yōu)化求解方法M1,M21.5講授/討論4作業(yè)94.14.1支持向量機(jī)的基本模型線性可分，最大間隔分類面，支持向量，最優(yōu)化問題及求解，軟間隔與正則化M1,M21.5講授/討論0/104.24.2核函數(shù)核函數(shù)的作用，高維映射，常見核函數(shù)的基本形式。M1,M2,M30.5講授/討論4作業(yè)115.15.1神經(jīng)元數(shù)學(xué)模型神經(jīng)元模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，權(quán)重參數(shù)，激活函數(shù)M1,M20.5講授/討論0/125.25.2感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)與誤差反向傳播感知機(jī)模型，多層網(wǎng)絡(luò)，誤差反向傳播算法的原理，梯度下降，全局最優(yōu)與局部最優(yōu)M2,M31.5講授/討論0/135.35.3常見網(wǎng)絡(luò)模型與深度學(xué)習(xí)深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，深度置信網(wǎng)絡(luò)模型，深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，深度循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型M1,M2,M32講授/討論4作業(yè)146.16.1個(gè)體與集成集成學(xué)習(xí)的定義，個(gè)體分類器，學(xué)習(xí)器的準(zhǔn)確性與多樣性，集成學(xué)習(xí)方法分類M1,M30.5講授/討論0/156.26.2Boosting算法Boosting的工作機(jī)制，弱學(xué)習(xí)器與強(qiáng)學(xué)習(xí)器，Adaboost算法原理M1,M2,M32講授/討論4作業(yè)166.36.3Bagging與隨機(jī)森林Bagging算法的基本思想，隨機(jī)森林算法的基本原理M1,M21.5講授/討論0/176.46.4結(jié)合策略平均法，投票法，學(xué)習(xí)法M1,M21講授/討論0/187.17.1降維的概念降維的含義，降維的作用，降維算法的分類M10.5講授/討論0/197.27.2主成分分析投影，方差最大化，奇異值分解，特征向量M1,M2,M31講授/討論4作業(yè)207.37.3流形學(xué)習(xí)流形的概念，局部保持映射算法的基本原理，拉普拉斯矩陣M2,M32講授/討論0/217.47.4聚類的概念類的定義，相似度和距離計(jì)算，聚類的應(yīng)用M1,M21講授/討論0/227.57.5常用聚類算法K均值聚類算法的原理，譜聚類算法的原理，高斯混合聚類的原理M1,M2,M32講授/討論4作業(yè)238.18.1特征選擇的基本概念特征，相關(guān)特征，無關(guān)特征，特征選擇的定義，子集評(píng)價(jià)和子集搜索。M1,M20.5講授/討論00248.28.2常用特征選擇方法過濾式選擇，包裹式選擇，嵌入式選擇與L1正則化M1,M21.5講授/討論0/258.38.3稀疏學(xué)習(xí)稀疏的含義，稀疏表示與字典學(xué)習(xí)，壓縮感知M1,M2,M32講授/討論8大作業(yè)269.19.1強(qiáng)化學(xué)習(xí)的概念智能體，狀態(tài)，策略，環(huán)境，動(dòng)作，獎(jiǎng)勵(lì)，馬爾科夫獎(jiǎng)勵(lì)過程M1,M21.5講授/討論0/279.29.2策略優(yōu)化與策略評(píng)估策略優(yōu)化的原理，策略評(píng)估方法，動(dòng)態(tài)規(guī)劃，蒙特卡洛采樣，時(shí)序差分M1,M2,M31講授/t討論0/289.39.3強(qiáng)化學(xué)習(xí)的求解Q-learning的流程，探索與利用，貪心策略，深度Q學(xué)習(xí)M1,M21講授/討論0/四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)1.大約布置6次作業(yè)。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)算法知識(shí)分析和解決問題的能力，題型主要以編程題為主。40%2大作業(yè)1.大作業(yè)題目給定一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)處理問題，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)理論知識(shí)對(duì)該問題進(jìn)行建模和求解，給出詳細(xì)的技術(shù)路線方案并編程實(shí)現(xiàn)。2.根據(jù)建模和實(shí)驗(yàn)方案的可行性、結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)分。20%3期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。3.主要考核學(xué)生對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、選擇題、簡(jiǎn)答題、分析題等。40%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)30%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，程序運(yùn)行結(jié)果不準(zhǔn)確。2M1大作業(yè)20%A-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)正確，作業(yè)報(bào)告撰寫規(guī)范，程序運(yùn)行結(jié)果正確，準(zhǔn)確解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。B-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)比較正確，作業(yè)報(bào)告撰寫比較規(guī)范，程序運(yùn)行比較正確，能夠解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。C-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)基本正確，作業(yè)報(bào)告撰寫基本規(guī)范，程序運(yùn)行基本正確，能夠解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。D-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不正確，作業(yè)報(bào)告撰寫不規(guī)范，程序運(yùn)行不正確，未能解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。3M1期末考試50%以試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。4M2平時(shí)作業(yè)20%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，程序運(yùn)行結(jié)果不準(zhǔn)確。5M2大作業(yè)40%A-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)正確，作業(yè)報(bào)告撰寫規(guī)范，程序運(yùn)行結(jié)果正確，準(zhǔn)確解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。B-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)比較正確，作業(yè)報(bào)告撰寫比較規(guī)范，程序運(yùn)行比較正確，能夠解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。C-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)基本正確，作業(yè)報(bào)告撰寫基本規(guī)范，程序運(yùn)行基本正確，能夠解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。D-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不正確，作業(yè)報(bào)告撰寫不規(guī)范，程序運(yùn)行不正確，未能解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。6M2期末考試40%以試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。7M3平時(shí)作業(yè)20%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、編程結(jié)果準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，程序運(yùn)行結(jié)果不準(zhǔn)確。8M3大作業(yè)50%A-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)正確，作業(yè)報(bào)告撰寫規(guī)范，程序運(yùn)行結(jié)果正確，準(zhǔn)確解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。B-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)比較正確，作業(yè)報(bào)告撰寫比較規(guī)范，程序運(yùn)行比較正確，能夠解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。C-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)基本正確，作業(yè)報(bào)告撰寫基本規(guī)范，程序運(yùn)行基本正確，能夠解決作業(yè)題目中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理問題。D-問題建模和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不正確，作業(yè)報(bào)告撰寫不規(guī)范，程序運(yùn)行不正確，未能