《算法設(shè)計(jì)與分析》課程教學(xué)大綱

《算法設(shè)計(jì)與分析》教學(xué)大綱課程名稱：算法設(shè)計(jì)與分析課程編號(hào)：F062091332英文名稱：DesignandAnalysisofAlgorithms學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí) 學(xué)分：2學(xué)分開課學(xué)期：第4學(xué)期適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程類別：理論課課程性質(zhì)：專業(yè)方向與拓展課先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、Python程序設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語言）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、課程的性質(zhì)及任務(wù)《算法設(shè)計(jì)與分析》課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)方向與拓展課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)問題需求設(shè)計(jì)算法和分析算法的效率，通過對(duì)實(shí)際的舉例輔助學(xué)生更加深入地理解常用的算法設(shè)計(jì)技術(shù)與分析方法，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和求解問題的能力。依據(jù)河北工程大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，本課程需要培養(yǎng)學(xué)生的能力是：理解問題的算法設(shè)計(jì)與效率分析所涉及的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)（畢業(yè)要求指標(biāo)2.2）。掌握基本的算法分析方法和常見的算法設(shè)計(jì)方法，能熟練應(yīng)用課程介紹的算法設(shè)計(jì)方法來解決軟件開發(fā)中的實(shí)際問題（畢業(yè)要求指標(biāo)2.4）。通過對(duì)算法實(shí)例的分析，進(jìn)一步加深對(duì)算法設(shè)計(jì)方法的認(rèn)識(shí)和理解，鍛煉獨(dú)立分析問題和解決問題的能力（畢業(yè)要求指標(biāo)4.2）。二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)掌握算法設(shè)計(jì)與分析的常用設(shè)計(jì)技術(shù)和分析方法。掌握幾種遞推方程的求解。能夠分析算法的時(shí)間復(fù)雜度。能夠理解課堂講解的算法實(shí)例。

算法設(shè)計(jì)與分析課程教學(xué)大綱PAGE8PAGE72.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求二級(jí)指標(biāo)畢業(yè)要求1234●●2.2能夠基于數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達(dá)大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題2.掌握統(tǒng)計(jì)與機(jī)器學(xué)習(xí)的基本方法，能夠綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基本原理，對(duì)復(fù)雜的工程系統(tǒng)，識(shí)別問題、描述問題并通過文獻(xiàn)研究分析與大數(shù)據(jù)相關(guān)的工程問題，以獲得有效結(jié)論?！?.4能運(yùn)用數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論●4.2能夠針對(duì)智能信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用等大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)試平臺(tái)、獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.能夠基于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)原理并采用科學(xué)方法對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。2.3課程目標(biāo)與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)矩陣序號(hào)課程目標(biāo)理論教學(xué)課后作業(yè)1掌握算法設(shè)計(jì)與分析的常用設(shè)計(jì)技術(shù)和分析方法。HL2掌握幾種遞推方程的求解。ML3能夠分析算法的時(shí)間復(fù)雜度。M4能夠理解課堂講解的算法實(shí)例。HL注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點(diǎn)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。人工智能基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱PAGE2PAGE12.4目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)課程目標(biāo)1主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過課堂提問、課后作業(yè)和期末考試中進(jìn)行考核。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。課程目標(biāo)2、3主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過通過課后作業(yè)和期末考試中進(jìn)行考核。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。課程目標(biāo)4主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，在期末考試中有應(yīng)用要求。主要通過期末考試算法設(shè)計(jì)分析類題目進(jìn)行考核。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。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(shí)的準(zhǔn)確、扎實(shí)掌握，突出對(duì)算法設(shè)計(jì)方法的講解、對(duì)相關(guān)實(shí)例和設(shè)計(jì)分析方法的講授；理論教學(xué)與課后作業(yè)相結(jié)合，進(jìn)行算法設(shè)計(jì)與分析的應(yīng)用訓(xùn)練。課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)通過自學(xué)的方式消化、吸收課程的龐大知識(shí)量。四、課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求第1章基礎(chǔ)知識(shí)[教學(xué)目的與要求]：理解問題、算法的概念、算法的時(shí)間復(fù)雜性；掌握幾種求解遞推方程問題的方法；掌握問題求解的基本步驟。[本章主要內(nèi)容]：1.1算法的基本概念（支撐課程目標(biāo)1）1.2算法的偽碼描述（支撐課程目標(biāo)2）1.3算法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（支撐課程目標(biāo)1、2）[本章重點(diǎn)]：?jiǎn)栴}、算法及時(shí)間復(fù)雜度的概念。遞推方程的求解。問題求解的基本步驟。[本章難點(diǎn)]：遞歸樹方法的理解。第2章分治策略[教學(xué)目的與要求]：理解分治策略的基本思想，掌握分治策略的兩種改進(jìn)途徑，了解分治策略的具體應(yīng)用。[本章主要內(nèi)容]：2.1分治策略的基本思想（支撐課程目標(biāo)1）2.2分治算法的分析技術(shù)（支撐課程目標(biāo)1、3）2.3改進(jìn)分治算法的途徑（支撐課程目標(biāo)1、4）[本章重點(diǎn)]：芯片測(cè)試。分治策略的基本思想。矩陣乘法。[本章難點(diǎn)]：芯片測(cè)試和平面點(diǎn)對(duì)。第3章動(dòng)態(tài)規(guī)劃[教學(xué)目的與要求]：理解動(dòng)態(tài)規(guī)劃的基本思想和設(shè)計(jì)步驟，掌握動(dòng)態(tài)規(guī)劃的分析技術(shù)和求解方法。了解動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的應(yīng)用算例。[本章主要內(nèi)容]：3.1動(dòng)態(tài)規(guī)劃的設(shè)計(jì)思想（支撐課程目標(biāo)1、2）3.2動(dòng)態(tài)規(guī)劃的設(shè)計(jì)要素3.3動(dòng)態(tài)規(guī)劃的典型應(yīng)用（支撐課程目標(biāo)3、4）[本章重點(diǎn)]：動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的遞歸實(shí)現(xiàn)和迭代實(shí)現(xiàn)。矩陣鏈相乘。投資問題。背包問題。[本章難點(diǎn)]：矩陣鏈相乘的問題求解。投資問題的求解。第4章貪心算法[教學(xué)目的與要求]：了解貪心算法的設(shè)計(jì)思想，掌握貪心算法的設(shè)計(jì)技術(shù)和分析方法，能夠進(jìn)行正確性證明。[本章主要內(nèi)容]：4.1貪心法的設(shè)計(jì)思想（支撐課程目標(biāo)1）4.2貪心法的正確性證明（支撐課程目標(biāo)4）[本章重點(diǎn)]：活動(dòng)選擇問題的算法設(shè)計(jì)?；顒?dòng)選擇問題的正確性證明。集裝箱問題。[本章難點(diǎn)]：貪心法的正確性證明。第5章回溯法與分支限界[教學(xué)目的與要求]：了解回溯算法的基本思想，掌握多米諾性質(zhì)分析方法，了解分支限界的設(shè)計(jì)思想和步驟。[本章主要內(nèi)容]：5.1回溯法的基本思想（支撐課程目標(biāo)1）5.2回溯法的適用條件（支撐課程目標(biāo)1、4）5.3l分支限界的基本思想（支撐課程目標(biāo)1）[本章重點(diǎn)]：N皇后問題。0-1背包問題。貨郎問題。不等式求解[本章難點(diǎn)]：回溯算法的應(yīng)用。五、課程學(xué)時(shí)分配教學(xué)課次教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)與計(jì)劃時(shí)數(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)計(jì)劃時(shí)數(shù)1基礎(chǔ)知識(shí)理論課52分治策略理論課93動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論課8４貪心算法理論課45回溯法與分支限界理論課6六、課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定6.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學(xué)習(xí)過程考核和期末考試，其中課程過程考核占總成績(jī)的30%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)進(jìn)行評(píng)定；期末考試成績(jī)占總成績(jī)的70%。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計(jì)過程考核（平時(shí)成績(jī)）課堂表現(xiàn)15%30%作業(yè)15%期末成績(jī)期末測(cè)試70%70%總計(jì)100%100%6.2考核內(nèi)容及要求本課程為考試課?？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)總分值期末考試70%基礎(chǔ)知識(shí)4～8目標(biāo)1、2100分分治策略10～20目標(biāo)1、3、4動(dòng)態(tài)規(guī)劃10～25目標(biāo)1、3、4貪心算法10～20目標(biāo)1回溯法與分支限界5～20目標(biāo)1、4過程考核30%課堂表現(xiàn)課堂提問、出勤情況15目標(biāo)1、3、415分課后作業(yè)作業(yè)完成情況15目標(biāo)1、2、415分6.3成績(jī)?cè)u(píng)定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分15分，由課堂提問與課堂出勤情況評(píng)定。2.課后作業(yè)課后作業(yè)總分15分，由作業(yè)完成情況評(píng)定。每學(xué)期布置作業(yè)5次，每次作業(yè)占3分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分值標(biāo)準(zhǔn)描述課后作業(yè)3能夠按時(shí)認(rèn)真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認(rèn)真、書寫清楚、答案正確2能夠按時(shí)完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度較好、書寫較清楚、答案基本正確1能夠按時(shí)完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度一般、書寫不清楚、答案錯(cuò)誤較多0不交作業(yè)或作業(yè)態(tài)度不認(rèn)真、抄襲他人作業(yè)4.期末考試采用閉卷考試形式進(jìn)行，期末成績(jī)?yōu)榘俜种疲?jì)入總成績(jī)時(shí)乘以70%，由教務(wù)處安排考試流程，考試內(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(jī)。七、課程評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)7.1課程評(píng)價(jià)課程評(píng)價(jià)周期定為每1年評(píng)價(jià)一次。設(shè)置達(dá)成情況目標(biāo)值，采用成績(jī)分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)。課程達(dá)成評(píng)價(jià)根據(jù)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程達(dá)成評(píng)價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算，評(píng)價(jià)結(jié)果用于持續(xù)改進(jìn)。大數(shù)據(jù)科學(xué)系負(fù)責(zé)人組織教師實(shí)施課程評(píng)價(jià)，制定持續(xù)改進(jìn)措施，監(jiān)督持續(xù)改進(jìn)過程。課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)撰寫課程考核總結(jié)報(bào)告，實(shí)施課程評(píng)價(jià)持續(xù)改進(jìn)。7.2持續(xù)改進(jìn)1）日常教學(xué)：根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師采取座談會(huì)、與學(xué)生單獨(dú)交流，及時(shí)調(diào)