《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)》課程教學(xué)大綱

《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)》教學(xué)大綱課程名稱：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程編號：2291英文名稱：NeuralNetworksandDeepLearning學(xué)時：48學(xué)時 學(xué)分：3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+上機課課程性質(zhì)：專業(yè)核心課先修課程：Python程序設(shè)計、數(shù)據(jù)采集與清洗、算法設(shè)計與分析、數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)一、課程的性質(zhì)及任務(wù)《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)》課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課，該課程主要介紹常見人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的基本過程以及為實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)進行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的基本方法。本課程具有很強的實踐性，通過具體的實驗案例驅(qū)動教學(xué)，提升學(xué)生實際應(yīng)用編程能力，初步掌握運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)的基本原理和主要方法編程進行軟件仿真，解決科研工作中的實際問題，為學(xué)生開展相關(guān)領(lǐng)域的研究奠定基礎(chǔ)。依據(jù)河北工程大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)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）能夠站在環(huán)境保護和社會可持續(xù)發(fā)展的角度思考大數(shù)據(jù)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。（畢業(yè)要求指標(biāo)7.2）能夠主動與其他學(xué)科背景的成員合作開展工作（畢業(yè)要求指標(biāo)9.2）二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)1、本課程的目的是提高學(xué)生對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)的發(fā)展、基本原理和基本概念的理解。2、培養(yǎng)學(xué)生計算思維和研究辦法以及發(fā)現(xiàn)、辨析和解釋科學(xué)計算與數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域基本現(xiàn)象的能力。3、通過實驗、課程設(shè)計和項目制作等環(huán)節(jié)，使學(xué)生理解并掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)關(guān)鍵技術(shù)。4、以團隊合作方式讓學(xué)生了解目前常用（深度）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，了解學(xué)科發(fā)展前言，培養(yǎng)學(xué)生自我更新知識的能力。5、掌握信息數(shù)據(jù)分析的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力。6、通過課程項目的實踐應(yīng)用，掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生問題發(fā)現(xiàn)與解決能力。7、培養(yǎng)學(xué)生書面表達與口頭答辯能力。8、培養(yǎng)學(xué)生個人分工與團隊合作能力。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)教學(xué)大綱PAGE16PAGE3172.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求二級指標(biāo)畢業(yè)要求12345678●●●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.工程知識應(yīng)用能力：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。●●7-2能夠站在環(huán)境保護和社會可持續(xù)發(fā)展的角度思考大數(shù)據(jù)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。7.環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：具有環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識，能夠理解和評價針對大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響?！瘛瘛瘛?-2能夠主動與其他學(xué)科背景的成員合作開展工作。9.個人和團隊：具有健康的體魄和良好的綜合素質(zhì)，能夠正確理解多學(xué)科背景下團隊中個體、團隊成員以及負責(zé)人的角色，并承擔(dān)其責(zé)任與義務(wù)。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)課內(nèi)實驗課后作業(yè)1本課程的目的是提高學(xué)生對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)的發(fā)展、基本原理和基本概念的理解。HL2培養(yǎng)學(xué)生計算思維和研究辦法以及發(fā)現(xiàn)、辨析和解釋科學(xué)計算與數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域基本現(xiàn)象的能力。HL3通過實驗、課程設(shè)計和項目制作等環(huán)節(jié)，使學(xué)生理解并掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)關(guān)鍵技術(shù)。HL4以團隊合作方式讓學(xué)生了解目前常用（深度）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，了解學(xué)科發(fā)展前言，培養(yǎng)學(xué)生自我更新知識的能力。HL5掌握信息數(shù)據(jù)分析的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力。MH6通過課程項目的實踐應(yīng)用，掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生問題發(fā)現(xiàn)與解決能力。MM7培養(yǎng)學(xué)生書面表達與口頭答辯能力。MM8培養(yǎng)學(xué)生個人分工與團隊合作能力。HL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。數(shù)字圖像處理課程教學(xué)大綱PAGE2PAGE3252.4目標(biāo)達成度的評價1、課程目標(biāo)1、2、3、4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。主要通過課堂測試、課后作業(yè)和期末考試中概念性、原理性題目進行考核。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。2、課程目標(biāo)5主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)、課后作業(yè)進行培養(yǎng)，在課內(nèi)實驗有應(yīng)用要求。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。3、課程目標(biāo)6主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。4、課程目標(biāo)7主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)、課內(nèi)實驗有應(yīng)用要求。目標(biāo)達成綜合以上內(nèi)容進行評價。5、課程目標(biāo)8主要通過課內(nèi)實驗培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。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；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)要求第一章緒論[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本特征和基本功能[本章教學(xué)重點]：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念[本章教學(xué)方法]：采用講解和答疑相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從哪里來，如何發(fā)展，是什么，能做什么第二章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模基礎(chǔ)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、腦的生物神經(jīng)系統(tǒng)概述2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生物學(xué)基礎(chǔ)、人工神經(jīng)元模型3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)[本章教學(xué)重點]：1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)[本章教學(xué)方法]：采用講解和答疑相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：1、掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型2、熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)類型第三章感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、多層感知器、自適應(yīng)線性單元2、BP算法及改進、BP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及設(shè)計[本章教學(xué)重點]：BP算法及改進、BP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及設(shè)計[本章教學(xué)方法]：采用講解和答疑相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：1、掌握多層感知器求解非線性問題的原理2、掌握BP算法及其改進以及基于BP算法的多層感知器設(shè)計。第四章自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、競爭學(xué)習(xí)策略SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行原理、學(xué)習(xí)算法及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用CPN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ART神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行原理、學(xué)習(xí)算法及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[本章教學(xué)重點]：1、競爭學(xué)習(xí)策略自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)向量量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對偶傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)方法]：采用講解和答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：1、掌握SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行原理、學(xué)習(xí)算法及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用2、掌握CPN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ART神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行原理、學(xué)習(xí)算法及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用第五章徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、基于徑向基函數(shù)技術(shù)的函數(shù)逼近與內(nèi)插正則化理論與正則化RBF網(wǎng)絡(luò)RBF網(wǎng)絡(luò)常用學(xué)習(xí)算法RBF網(wǎng)絡(luò)與多層次感知器的比較RBF網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與應(yīng)用實例[本章教學(xué)重點]：1、基于徑向基函數(shù)技術(shù)的函數(shù)逼近與內(nèi)插2、RBF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)算法[本章教學(xué)方法]：采用講解、答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：熟悉RBF網(wǎng)絡(luò)的工作原理及應(yīng)用設(shè)計第六章反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、離散型和連續(xù)型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和設(shè)計雙向聯(lián)想記憶（BAM）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)重點]：1、離散型和連續(xù)型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2、Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和設(shè)計[本章教學(xué)方法]：采用講解、答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：掌握Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理并會應(yīng)用設(shè)計第七章小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、CMAC網(wǎng)絡(luò)的機構(gòu)、工作原理2、CMAC網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法[本章教學(xué)重點]：1、CMAC網(wǎng)絡(luò)的機構(gòu)、工作原理2、CMAC網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法[本章教學(xué)方法]：采用講解、答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：掌握CMAC網(wǎng)絡(luò)的工作原理并會應(yīng)用設(shè)計第八章深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、深度置信網(wǎng)絡(luò)工作原理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點與基本架構(gòu)卷積層的功能卷積操作的過程、與傳統(tǒng)人工神經(jīng)元的類比分析池化層功能、全連接層功能、全連接層與卷積層的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換目標(biāo)檢測應(yīng)用概述及應(yīng)用案例Region-CNN深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)退化問題深度殘差網(wǎng)絡(luò)ResNet深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過擬合和欠擬合問題及解決辦法[本章教學(xué)重點]：1、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點與基本架構(gòu)卷積層的功能卷積操作的過程、與傳統(tǒng)人工神經(jīng)元的類比分析池化層功能、全連接層功能、全連接層與卷積層的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換[本章教學(xué)方法]：采用講解、答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：1、了解卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理2、掌握深度殘差網(wǎng)絡(luò)以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過擬合和欠擬合問題及解決辦法第九章支持向量機基本原理[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、線性支持向量機2、非線性支持向量機[本章教學(xué)重點]：1、線性支持向量機2、非線性支持向量機[本章教學(xué)方法]：采用講解、答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：了解支持向量機的工作原理，熟悉其應(yīng)用第十章遺傳算法及應(yīng)用[本章教學(xué)內(nèi)容]：1、遺傳算法的基本原理、基本操作、模式理論、特點遺傳算法中的參數(shù)選擇及算法改進方法遺傳算法用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值優(yōu)化[本章教學(xué)重點]：遺傳算法的基本原理、基本操作、模式理論[本章教學(xué)方法]：采用講解、答疑和實驗相結(jié)合[本章教學(xué)目的]：能夠?qū)⑦z傳算法用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值優(yōu)化五、課程學(xué)時分配講次授課章節(jié)內(nèi)容學(xué)時分配講課實驗上機設(shè)計其他1第一章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念222第二章腦的生物神經(jīng)系統(tǒng)概述223第三章多層感知器、自適應(yīng)線性單元224第四章競爭學(xué)習(xí)策略225第五章RBF網(wǎng)絡(luò)常用學(xué)習(xí)算法226第六章離散型和連續(xù)型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)227第六章Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和設(shè)計228第七章CMAC網(wǎng)絡(luò)的機構(gòu)、工作原理229第八章深度置信網(wǎng)絡(luò)工作原理2210第八章深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過擬合和欠擬合問題及解決辦法2211第九章線性、非線性支持向量機2212第十章遺傳算法的基本原理、基本操作、模式理論、特點22注：實驗課由實驗教師負責(zé)協(xié)調(diào)安排時間，原則上安排在課堂教學(xué)結(jié)束后、考試之前一周以上完成。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)、實驗情況進行評定；期末成績占總成績的60%。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%期末考核期末考核60%60%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%對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念的理解2～4目標(biāo)1100分對深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)概念的理解2～5目標(biāo)2、7對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念的運用5～15目標(biāo)5、6、7對深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)概念的運用5～15目標(biāo)3選題完成情況5～10目標(biāo)5、6團隊協(xié)作10～20目標(biāo)4、5、6個人表現(xiàn)5～15目標(biāo)4、5、6文檔整體寫作情況15～30目標(biāo)4、5、6過程考核40%課堂表現(xiàn)課堂測試、出勤情況20目標(biāo)1、2、3、4、5、6、7課后作業(yè)作業(yè)完成情況20目標(biāo)2、3、4、6、77.3成績評定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分20分，由課堂測試與課堂出勤情況評定。其中，課堂測試滿分10分，以客觀題（填空、選擇、判斷）為主，每學(xué)期隨堂測試15~20次，每次測試1~2道題目，每答錯一道題目扣0.5分（直到扣滿10分為止）；課堂出勤滿分10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)5次，每次作業(yè)占4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)4能夠按時認真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認真、書寫清楚、分析計算正確。3能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度較好、書寫較清楚、分析計算基本正確1能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度一般、書寫不清楚、分析計算錯誤較多0不交作業(yè)或作業(yè)態(tài)度不認真、抄襲他人作業(yè)3.期末考試采用課程報告形式進行，期末成績?yōu)榘俜种?，計入總成績時乘以60%，考核內(nèi)容須覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標(biāo)的授課內(nèi)容，考試完成后在綜合教務(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)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。負責(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。課程負責(zé)人負責(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)