《數(shù)據(jù)挖掘》課程教學(xué)大綱

《數(shù)據(jù)挖掘》教學(xué)大綱課程名稱：數(shù)據(jù)挖掘英文名稱：DataMining課程編號(hào)：F094092812學(xué)分：3總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0+課內(nèi)上機(jī)學(xué)時(shí)16+其他實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程性質(zhì)：選修課程開課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院統(tǒng)計(jì)系基層教學(xué)組織適應(yīng)對(duì)象：應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)課程簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)挖掘課程是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)選修課，本課程以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)橹饕獌?nèi)容，講述實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘的主要功能、數(shù)據(jù)挖掘算法和應(yīng)用，并通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的分析更加深入地理解常用的數(shù)據(jù)挖掘模型，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析和處理的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)挖掘的理論分析與應(yīng)用實(shí)踐的綜合能力，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)挖掘的一般原理和處理方法，能使用相關(guān)知識(shí)解決數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)問題。通過案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生探索鉆研和奉獻(xiàn)的經(jīng)歷，激發(fā)學(xué)生勇于追求夢(mèng)想并從現(xiàn)在開始為之奮斗的決心，并進(jìn)行愛國主義教育；結(jié)合教學(xué)內(nèi)容滲透辯證唯物主義思想，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神培養(yǎng)；培養(yǎng)探索刻苦學(xué)習(xí)的態(tài)度和精神。Dataminingcourseisanoptionalcourseforappliedstatisticsstudents.Thiscoursetakesdataminingasthemaincontent,introducesthemainfunctionsofdatamining,dataminingalgorithmandapplication,anddevelopsstudents'abilityofdataanalysisandprocessingbyanalyzingactualdatamoredeeply.Throughthestudyofthiscourse,wecancultivatethestudents'comprehensiveabilityoftheoreticalanalysisandapplicationofdatamining,sothattheycanmasterthegeneralprinciplesandmethodsofdatamininganduserelevantknowledgetosolveproblemsrelatedtodatamining.Throughcaseteaching,studentswillbetrainedtoexploreanddedicatetheirexperiences,inspiretheirdeterminationtopursuetheirdreamsandstriveforthemfromnowon,andcarryoutpatrioticeducation.Combiningtheteachingcontentstopermeatedialecticalmaterialism,thestudentsshouldbetrainedinscientificspirit.Theattitudeandspirittoexploreandstudyhardwillbecultivated.課程目標(biāo)1.思政目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生具有初步的建立數(shù)據(jù)挖掘模型的能力，積極主動(dòng)探索，能夠在學(xué)習(xí)中尋求發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的途徑，培養(yǎng)學(xué)生具有現(xiàn)時(shí)代的工匠精神。2.知識(shí)目標(biāo)：掌握數(shù)據(jù)挖掘算法中的分類、聚類、關(guān)聯(lián)等分析方法，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出分析結(jié)果。3.能力目標(biāo)：能夠采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，能夠設(shè)計(jì)編程，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與數(shù)據(jù)處理，通過信息綜合等方法獲得有效結(jié)論。Ideologicalandpoliticalgoals1:Studentsarecultivatedtohavetheabilitytoestablishdataminingmodel,exploreactively,,seekwaystofindproblemsandsolveproblemsinstudy,andhavethecraftsmanspiritofthepresentage.Knowledgegoals2:Studentsarecultivatedtomasterytheclassification,clustering,associationandotheranalysismethodsindataminingalgorithm,andanalyzethedatatogettheresults.Abilitygoals3:Studentscanusedataminingtechnologytostudythecomplexengineeringproblemsofbigdataanalysis,anddesignprogramming,analysisanddataprocessingoftheresults,informationsynthesisandothermethodstoobtaineffectiveconclusions.課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：知識(shí)要求1.1具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，受到比較嚴(yán)格的科學(xué)思維訓(xùn)練。21.2掌握統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本思想和收集數(shù)據(jù)的方法，并能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選用恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析、推斷和預(yù)測(cè)；了解統(tǒng)計(jì)學(xué)理論與方法的發(fā)展動(dòng)態(tài)及其應(yīng)用前景。31.3了解與智慧水利、智慧遙感等行業(yè)有關(guān)的自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)領(lǐng)域的基本知識(shí)，能夠應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論分析并解決相關(guān)領(lǐng)域中的實(shí)際問題。2畢業(yè)要求2：能力要求2.1具有采集數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)調(diào)查問卷和處理調(diào)查數(shù)據(jù)的基本能力。22.2具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)操作技能，熟練應(yīng)用主要的統(tǒng)計(jì)軟件、管理軟件及其他軟件編程，正確利用統(tǒng)計(jì)思想和方法分析判斷相關(guān)的計(jì)算結(jié)果。32.3具有扎實(shí)的大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，熟悉國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方針、政策和統(tǒng)計(jì)法律、法規(guī)，具有利用信息資料進(jìn)行綜合分析和管理的能力。12.4具有理論聯(lián)系實(shí)際的能力和一定的創(chuàng)新能力，具備自主學(xué)習(xí)、知識(shí)更新和自我發(fā)展的能力12.5掌握中外文資料查詢、文獻(xiàn)檢索及應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法，具有初步的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用能力。3畢業(yè)要求3：素質(zhì)要求3.1思想道德素質(zhì)。具有正確的人生觀、價(jià)值觀和道德觀，愛國、誠信、友善、守法，具有高度的社會(huì)責(zé)任感；具有良好的心理素質(zhì)和積極的人生態(tài)度。13.2知識(shí)素質(zhì)。具有扎實(shí)的統(tǒng)計(jì)專業(yè)理論功底，具備與統(tǒng)計(jì)工作密切相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理知識(shí)。2課程教學(xué)安排課程共有6項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)小計(jì)1第一章數(shù)據(jù)挖掘概述培養(yǎng)學(xué)生的愛國情壞，同時(shí)幫助學(xué)生樹立專業(yè)自信心2022第二章數(shù)據(jù)培養(yǎng)學(xué)生善思考、懂判斷的能力6283第三章分類：基本概念、決策樹與模型評(píng)估堅(jiān)定信心，不忘初心，始終追尋自己夢(mèng)想的腳步4244第四章分類：其他技術(shù)只有在努力學(xué)習(xí)、認(rèn)真讀書的規(guī)則下，才能取得成功的人生真諦8685第五章關(guān)聯(lián)分析：基本概念和算法培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的耐心”，強(qiáng)調(diào)工匠精神的重要性6286第六章聚類分析：基本概念和算法引導(dǎo)學(xué)生努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)，深耕于自己的專業(yè)和領(lǐng)域，爭(zhēng)取能夠?qū)崿F(xiàn)新的技術(shù)突破646合計(jì)321648教學(xué)安排1數(shù)據(jù)挖掘概述教學(xué)要求：理解和掌握數(shù)據(jù)挖掘的基本概念、數(shù)據(jù)挖掘過程、數(shù)據(jù)挖掘的主要任務(wù)以及數(shù)據(jù)挖掘使用的主要技術(shù)。了解數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用和面臨的問題。對(duì)數(shù)據(jù)挖掘能夠解決的問題和解決問題思路有清晰的認(rèn)識(shí)。教學(xué)內(nèi)容：什么是數(shù)據(jù)挖掘；數(shù)據(jù)挖掘的過程；數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)；數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的分類教學(xué)重點(diǎn)：數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)概念；數(shù)據(jù)挖掘的過程。數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的分類。教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)思政元素：通過引入百度的深度學(xué)習(xí)平臺(tái)“飛漿”和“AIStudio”等、我國大數(shù)據(jù)政務(wù)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)醫(yī)療平臺(tái)等優(yōu)秀的公司案例，展示中國目前蓬勃發(fā)展的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情壞，同時(shí)幫助學(xué)生樹立專業(yè)自信心。2數(shù)據(jù)教學(xué)要求：理解和掌握數(shù)據(jù)對(duì)象和屬性類型，數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)描述。掌握數(shù)據(jù)預(yù)處理基本方法，了解度量數(shù)據(jù)相似性和相異性的方法。教學(xué)內(nèi)容：數(shù)據(jù)類型；數(shù)據(jù)質(zhì)量；數(shù)據(jù)預(yù)處理方法；相似性和相異性的度量教學(xué)重點(diǎn)：數(shù)據(jù)的屬性與類型；數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)收集；數(shù)據(jù)聚集、抽樣、維歸約、特征子集選擇、特征創(chuàng)建、變量變換教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)離散化和二元化、數(shù)據(jù)對(duì)象之間的相似度和相異度思政元素：通過新冠肺炎疫情案例反映出的正是人們?nèi)狈Α蔼?dú)立思考，清醒判斷”的意識(shí)。通過類比教學(xué)法，將這種意識(shí)融入到大數(shù)據(jù)的清洗降噪和驗(yàn)證模型的環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生善思考、懂判斷的能力。3分類：基本概念、決策樹與模型評(píng)估教學(xué)要求：了解分類及預(yù)測(cè)的基本思想、概念和意義，掌握決策樹的構(gòu)造原理、建模步驟。理解模型的過分?jǐn)M合，掌握評(píng)估分類器的性能和比較分類器的方法教學(xué)內(nèi)容：決策樹原理和歸納問題；模型過分?jǐn)M合；評(píng)估分類器性能；比較分類器的方法教學(xué)重點(diǎn)：決策樹工作原理；建立決策樹步驟；決策樹屬性測(cè)試條件方法；選擇最佳劃分屬性；決策樹歸納算法；噪聲導(dǎo)致的過分?jǐn)M合；缺乏代表性樣本導(dǎo)致的過分?jǐn)M合；處理過分?jǐn)M合；評(píng)估分類器性能的保持方法和隨機(jī)二次抽樣教學(xué)難點(diǎn)：交叉驗(yàn)證方法；自助法思政元素：結(jié)合高考填報(bào)志愿過程中的眾多影響因素，闡述在解決問題時(shí)，應(yīng)該首先抓住主要矛盾，問題越簡(jiǎn)單越好。4分類：其他技術(shù)教學(xué)要求：了解基于規(guī)則的分類器。掌握最近鄰分類器算法和貝葉斯分類器原理和方法。了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和支持向量機(jī)原理。教學(xué)內(nèi)容：基于規(guī)則的分類器；最近鄰分類器算法；貝葉斯分類器；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；支持向量機(jī)教學(xué)重點(diǎn)：基于規(guī)則的分類器的工作原理；規(guī)則提取的直接和間接方法；最近鄰分類器算法；樸素貝葉斯；感知器；最大邊緣超平面教學(xué)難點(diǎn)：貝葉斯信息網(wǎng)絡(luò)；多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；線性支持向量機(jī)。思政元素：通過學(xué)習(xí)習(xí)近平總書記在十九大報(bào)告中提出的“不忘初心、牢記使命”精神，告知學(xué)生在陌生環(huán)境下，人生岔路口，一定要堅(jiān)定信心，不忘初心，始終追尋自己夢(mèng)想的腳步。5關(guān)聯(lián)分析：基本概念和算法教學(xué)要求：了解關(guān)聯(lián)規(guī)則的基本思想、概念和意義。掌握頻繁項(xiàng)集產(chǎn)生、規(guī)則產(chǎn)生原理。掌握頻繁項(xiàng)集緊湊表示。了解FP增長算法。教學(xué)內(nèi)容：頻繁項(xiàng)集產(chǎn)生；規(guī)則產(chǎn)生原理；頻繁項(xiàng)集緊湊表示；FP增長算法教學(xué)重點(diǎn)：先驗(yàn)原理；Apriori算法；極大頻繁項(xiàng)集；閉頻繁項(xiàng)集；FP樹表示方法教學(xué)難點(diǎn)：基于Apriori算法的規(guī)則產(chǎn)生；FP增長算法的頻繁項(xiàng)集產(chǎn)生思政元素：以國內(nèi)外行業(yè)最新的實(shí)際應(yīng)用為例，引入我國民族企業(yè)Tiktok在美國遭受全面打壓的案例，主要介紹Tiktok的推薦算法獨(dú)步天下，在激發(fā)學(xué)生愛國熱情的同時(shí)，樹立學(xué)生的專業(yè)自信心。6聚類分析：基本概念和算法教學(xué)要求：了解聚類概念、聚類類型和簇類型。掌握K-Means聚類、層次聚類、基于密度的聚類和其他常用方法。掌握利用sklearn實(shí)現(xiàn)聚類的方法。教學(xué)內(nèi)容：聚類概念、聚類類型和簇類型；K均值方法；凝聚層次聚類方法；DBSCAN聚類方法教學(xué)重點(diǎn)：聚類分析相關(guān)概念；聚類類型；簇類型；K均值聚類方法；二分K均值聚類方法；凝聚層次聚類算法教學(xué)難點(diǎn)：簇鄰近度的Lance-Williams公式；DBSCAN算法思政元素：介紹聚類分析的應(yīng)用時(shí)，通過引入科學(xué)家分析生物序列相似性度量，從而判斷新冠的源頭極有可能是蝙蝠的案例，引導(dǎo)學(xué)生努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)，深耕于自己的專業(yè)和領(lǐng)域，爭(zhēng)取能夠?qū)崿F(xiàn)新的技術(shù)突破。課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求表3：課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號(hào)教學(xué)類型教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求1上機(jī)數(shù)據(jù)預(yù)處理了解數(shù)據(jù)預(yù)處理的工作原理，理解編程、分析、調(diào)試參數(shù)的能力，進(jìn)而掌握數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。2上機(jī)分類模型了解分類算法的工作原理，理解各種分類算法的基本思想，掌握構(gòu)建分類模型。鍛煉學(xué)生編程、分析、測(cè)試程序方法。3上機(jī)關(guān)聯(lián)規(guī)則了解關(guān)聯(lián)規(guī)則的基本原理，理解各種關(guān)聯(lián)算法的基本思想，掌握編程、分析關(guān)聯(lián)規(guī)則方法。4上機(jī)聚類算法了解聚類算法的基本原理，理解各種聚類算法的基本思想，掌握編程、分析、測(cè)試程序方法。課程考核與評(píng)價(jià)表4：成績?cè)u(píng)定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、實(shí)