模式識(shí)別教學(xué)大綱

《模式識(shí)別》教學(xué)大綱課程名稱：模式識(shí)別 課程代碼：學(xué)分：3總學(xué)時(shí)：56 理論學(xué)時(shí)：40實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時(shí)：16 先修課程：信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等 適用專業(yè):人工智能一、課程性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì)：《模式識(shí)別》課程是人工智能專業(yè)主干課程，屬必修課程。課程任務(wù)：本課程較全面、系統(tǒng)地介紹模式識(shí)別的的基本理論、原理方法和應(yīng)用，重點(diǎn)需要學(xué)生掌握貝葉斯決策理論、概率密度函數(shù)的估計(jì)、線性差別函數(shù)、非線性差別函數(shù)、近鄰法、特征的選擇與提取、非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊模式識(shí)別方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論比如支持向量機(jī)等。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)模式識(shí)別的基本概念、基本原理、基本分析方法和算法的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生利用模式識(shí)別方法，運(yùn)用技能解決本專業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際問題的能力。二、課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：掌握模式識(shí)別的基本概念和原理，具備模式識(shí)別問題分析的知識(shí)基礎(chǔ)，了解模式識(shí)別的理論基礎(chǔ)、研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)問題、發(fā)展趨勢(shì)及前沿工程應(yīng)用；（支撐畢業(yè)要求1.5）課程目標(biāo)2：掌握特征提取、特征選擇、分類器設(shè)計(jì)和分類決策中的核心思想和方法，具備分析和解決實(shí)際工程中模式識(shí)別問題的能力；（支撐畢業(yè)要求2.3）課程目標(biāo)3：具備分析問題、設(shè)計(jì)算法并用程序?qū)崿F(xiàn)的能力，具備較強(qiáng)的編程、調(diào)試和優(yōu)化能力。（支撐畢業(yè)要求3.2）課程目標(biāo)4.：熟悉和掌握常用模式識(shí)別方法的計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)運(yùn)用方法，得到方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，逐步具有應(yīng)用先進(jìn)工具解決工程實(shí)際問題的能力。（支撐畢業(yè)要求5.2）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)11.5工程知識(shí)：學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)分析和解決問題的思維方法，并能進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件分析與設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)22.3問題分析：能夠借助文獻(xiàn)研究，分析和對(duì)比多個(gè)可替代解決方案，并在方向性、框架性或關(guān)鍵影響因素上得出有效結(jié)論。課程目標(biāo)33.2設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能針對(duì)特定需求獨(dú)立進(jìn)行算法設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)，能測(cè)試驗(yàn)證算法與系統(tǒng)的合理性，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)45.2使用現(xiàn)代工具：能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對(duì)人工智能相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)分配1.理論教學(xué)序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求重難點(diǎn)學(xué)時(shí)教學(xué)方法對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1緒論1.

了解本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容；2.

掌握模式識(shí)別系統(tǒng)的典型構(gòu)成和基本問題；3.

了解本課程的學(xué)習(xí)方法。重難點(diǎn)：1）模式與模式識(shí)別的概念；2）模式識(shí)別系統(tǒng)的典型構(gòu)成2講授討論12貝葉斯決策理論1.

理解貝葉斯決策的基礎(chǔ)理論；2.

掌握基于最小錯(cuò)誤率和最小風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯決策方法以及正態(tài)分布時(shí)的統(tǒng)計(jì)決策方法；3.

熟悉貝葉斯分類器設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)：1）貝葉斯決策基礎(chǔ)知識(shí)；2）基于最小錯(cuò)誤率和最小風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯決策難點(diǎn)：1）正態(tài)分布時(shí)的統(tǒng)計(jì)決策；2）貝葉斯分類器設(shè)計(jì)4講授討論案例分析法1，2，3，43概率密度函數(shù)1.

掌握極大似然估計(jì)和貝葉斯估計(jì)方法的基本理論和數(shù)學(xué)推導(dǎo)；2.

熟悉貝葉斯學(xué)習(xí)和概率密度估計(jì)的非參數(shù)估計(jì)方法；3.

能編程實(shí)現(xiàn)極大似然法和貝葉斯估計(jì)方法。重點(diǎn)：1）極大似然估計(jì)；2）貝葉斯估計(jì)與貝葉斯學(xué)習(xí)難點(diǎn)：概率密度估計(jì)的非參數(shù)估計(jì)方法4講授討論案例分析法1，2，34線性判別分析1.

掌握Fisher線性判別方法的基本原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并能編程實(shí)現(xiàn)；2.

掌握感知器、最小平方誤差判別方法和多類線性分類器的基本原理；3.

能熟練運(yùn)用線性判別分析方法進(jìn)行分類重點(diǎn)：1）Fisher線性判別分析；2）感知器難點(diǎn)：1）最小平方誤差判別；2）多類線性分類器4講授討論案例分析法1，2，3，45非線性判別分析1.

熟悉近鄰法的決策規(guī)則；2.

掌握近鄰法快速算法基本原理并能熟練運(yùn)用；3.

了解剪輯近鄰法和壓縮近鄰法的基本思想。重點(diǎn)：1）近鄰法的決策規(guī)則；2）近鄰法的快速算法難點(diǎn)：1）剪輯近鄰法；壓縮近鄰法；決策樹；Logistics回歸4講授討論案例分析法1，2，36無監(jiān)督模式識(shí)別1.

掌握基于模型的學(xué)習(xí)方法和混合模型估計(jì)方法的基本原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并能編程實(shí)現(xiàn)；2.

了解分級(jí)聚類方法和模糊學(xué)習(xí)方法；重點(diǎn)：1）基于模型的方法；2）混合模型的估計(jì)；3）分級(jí)聚類方法難點(diǎn)：模糊學(xué)習(xí)4講授討論案例分析法1，2，37特征選擇1.

了解特征的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；2.

掌握最優(yōu)/非最優(yōu)特征選擇方法，會(huì)利用其中的典型方法進(jìn)行特征選擇；3.

了解遺傳算法和以分類性能為準(zhǔn)則的特征選擇方法。4.

能通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證特征選擇方法的有效性重點(diǎn)：1）特征的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；2）最優(yōu)/非最優(yōu)特征選擇方法；3）遺傳算法難點(diǎn)：以分類性能為準(zhǔn)則的特征選擇方法4講授討論案例分析法1，2，38特征選取1.

熟悉基于類別可分性判據(jù)的特征提取方法；2.

掌握K-L變換和主成分分析方法的基本原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)。3.

掌握多維尺度法；4.

能夠編程實(shí)現(xiàn)K-L變換和主成分分析方法，并通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證不同參數(shù)對(duì)這兩類方法性能的影響。重點(diǎn)：1）基于類別可分性判據(jù)的特征提取；2）K-L變換；3）主成分分析方法難點(diǎn)：多維尺度法6講授討論案例分析法1，2，3，49支持向量機(jī)1.

了解支持向量機(jī)的基本原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)；2.

了解支持向量機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，能夠使用支持向量機(jī)解決分類問題。重難點(diǎn)：1）核函數(shù)變換與支持向量機(jī)；2）多類支持向量機(jī)4講授討論案例分析法1，2，3，410人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1.

了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理；2.

能夠使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決分類問題。重點(diǎn)：1）前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；2）反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；3）自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)：1）深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4講授討論案例分析法1，2，32.實(shí)驗(yàn)教學(xué)序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求重難點(diǎn)學(xué)時(shí)教學(xué)方法對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1實(shí)驗(yàn)-貝葉斯分類器設(shè)計(jì)掌握貝葉斯判別原理，能夠利用MATLAB編制程序?qū)崿F(xiàn)貝葉斯分類器設(shè)計(jì)，熟悉基于MATLAB的算法處理函數(shù)，并能夠利用算法解決簡(jiǎn)單問題。重難點(diǎn)：（1）最大似然方法估計(jì)樣本分布的參數(shù)；（2）最小風(fēng)險(xiǎn)貝葉斯決策4實(shí)驗(yàn)3，42實(shí)驗(yàn)二Fisher線性判別掌握線性判別原理，能夠利用Matlab編制程序?qū)崿F(xiàn)Fisher線性判別函數(shù)的設(shè)計(jì)，熟悉基于Matlab的算法處理函數(shù)，并能夠利用算法解決簡(jiǎn)單問題。重點(diǎn)：計(jì)算樣本數(shù)據(jù)均值、類內(nèi)離散度矩陣，按照Fisher線性判別確定投影方向難點(diǎn)：化多類分類為兩類分類4實(shí)驗(yàn)3，43實(shí)驗(yàn)三C均值聚類掌握C均值聚類算法原理，能夠利用MATLAB編制程序?qū)崿F(xiàn)C均值聚類，熟悉基于MATLAB的算法處理函數(shù)，并能夠利用算法解決簡(jiǎn)單問題。重點(diǎn)：數(shù)字圖像分塊，提取塊均值難點(diǎn)：樣本預(yù)處理并提取特征4實(shí)驗(yàn)3，44實(shí)驗(yàn)四主成分分析掌握主成分分析原理，能夠利用MATLAB編制程序?qū)崿F(xiàn)主成分分析，熟悉基于MATLAB的算法處理函數(shù)，并能夠利用算法解決簡(jiǎn)單問題。重點(diǎn)：樣本降維，設(shè)計(jì)SVM難點(diǎn)：PCV降維及重建4實(shí)驗(yàn)3，4教學(xué)基本要求、方法及課程思政設(shè)計(jì)1.教學(xué)基本要求通過理論和實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生較好地掌握模式識(shí)別的基本概念、原理和方法，掌握常用模式識(shí)別算法，如貝葉斯分類、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析等。能夠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基本的模式識(shí)別系統(tǒng)。掌握數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，如特征提取、降維等。能夠分析和評(píng)價(jià)模式識(shí)別系統(tǒng)的性能。培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力，能夠結(jié)合實(shí)際問題選擇合適的模式識(shí)別方法，促進(jìn)學(xué)生掌握如何在工程項(xiàng)目中應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù)。2.教學(xué)方法（1）課堂教學(xué)在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用翻轉(zhuǎn)課加強(qiáng)與學(xué)生的線上線下交流互動(dòng)，有針對(duì)性的開展個(gè)性化教學(xué)；利用課堂演示講解討論讓學(xué)生更加直觀地掌握模式識(shí)別的方法；利用案例教學(xué)使學(xué)生更加全面地理解模式識(shí)別的實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)思路。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是通過實(shí)際問題驅(qū)動(dòng)開展程序設(shè)計(jì)，通過小組合作和實(shí)踐操作提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神、動(dòng)手能力和專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力；通過小組討論分析提高學(xué)生的交流溝通、問題分析能力。3.課程思政設(shè)計(jì)在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考模式識(shí)別技術(shù)的倫理問題，如隱私保護(hù)、算法偏見等。通過案例分析，探討模式識(shí)別技術(shù)在社會(huì)中的影響和責(zé)任。介紹我國(guó)在模式識(shí)別領(lǐng)域的科研進(jìn)展和成就，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和科技報(bào)國(guó)的志向。通過討論國(guó)內(nèi)外在模式識(shí)別領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與相關(guān)研究，提升國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力。強(qiáng)調(diào)模式識(shí)別技術(shù)在工程實(shí)踐中的責(zé)任和道德要求。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到開發(fā)和應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù)時(shí)應(yīng)具備的職業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感。鼓勵(lì)學(xué)生將模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力?？己朔绞郊俺煽?jī)?cè)u(píng)定1.考核與評(píng)價(jià)方式及成績(jī)?cè)u(píng)定課程的最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試成績(jī)?nèi)糠謽?gòu)成。平時(shí)成績(jī)（30%）：考勤（20%）、課堂表現(xiàn)（20%）、作業(yè)（40%）、隨堂檢測(cè)（20%）。實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）：包括考勤（20%）、課堂表現(xiàn)（40%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)（40%）?？荚嚦煽?jī)（50％）：學(xué)生卷面成績(jī)達(dá)到50分方可認(rèn)定及格，低于50分者，綜合成績(jī)60分以上認(rèn)定成績(jī)?yōu)?9分。評(píng)價(jià)方式及成績(jī)比例課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求建議考核與評(píng)價(jià)方式及成績(jī)比例建議成績(jī)比例平時(shí)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)考試成績(jī)課程目標(biāo)1支撐畢業(yè)要求1.4123042課程目標(biāo)2支撐畢業(yè)要求2.31282040課程目標(biāo)3支撐畢業(yè)要求3.288課程目標(biāo)4支撐畢業(yè)要求5.26410合計(jì)302050100注：該表格中比例為課程整體成績(jī)比例。2．考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)基本要求評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比例優(yōu)秀（90-100）良好（70-89）合格（60-69）不合格（0-59）課程目標(biāo)1掌握模式識(shí)別設(shè)計(jì)的原理和工程基礎(chǔ)知識(shí)，并能根據(jù)實(shí)際問題提出相應(yīng)算法，設(shè)計(jì)程序。認(rèn)真上課，按時(shí)完成線上自測(cè)，且平均成績(jī)達(dá)到90分及以上。認(rèn)真上課，按時(shí)完成線上自測(cè)，且平均成績(jī)達(dá)到80分及以上。按時(shí)上課，按時(shí)完成線上自測(cè)，且平均成績(jī)達(dá)到70分及以上。按時(shí)上課，按時(shí)完成線上自測(cè)，平均成績(jī)低于70分。40課程目標(biāo)2掌握模式識(shí)別中樣本的特征分析和分類器設(shè)計(jì)的方法，并能夠根據(jù)要求編寫程序解決問題。認(rèn)真上課，按時(shí)完成作業(yè)，書面整潔，無抄襲情況且平均成績(jī)達(dá)到90分及以上認(rèn)真上課，按時(shí)完成作業(yè)，書面整潔，無抄襲情況且平均成績(jī)達(dá)到80分及以上按時(shí)上課，按時(shí)完成作業(yè)，書面整潔度一般，偶爾有抄襲且平均成績(jī)達(dá)到65分及以上按時(shí)上課，按時(shí)完成作業(yè)，卷面書寫零亂，經(jīng)常有雷同或抄襲現(xiàn)象且平均成績(jī)低于65分40課程目標(biāo)4能夠正確使用編程軟件解決特定問題，并具備調(diào)試、優(yōu)化程序的能力。課堂上能夠使用編程軟件解決問題并積極回答問題，線上互動(dòng)8次以上。課堂上能夠使用編程軟件解決問題并積極回答問題，線上互動(dòng)5-8次。課堂上能夠較好使用編程軟件解決問題并積極給予老師反饋，線上互動(dòng)1-5次。軟件使用不熟練，課堂上不能夠及時(shí)給予老師反饋，線上互動(dòng)低于1次。20注：該表格中比例為平時(shí)成績(jī)比例。實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)基本要求評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比例優(yōu)秀（90-100）良好（70-89）合格（60-69）不合格（0-59）課程目標(biāo)2掌握分析問題、算法設(shè)計(jì)的方法，并能夠根據(jù)要求合理設(shè)計(jì)程序。高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，上機(jī)設(shè)計(jì)正確合理，代碼質(zhì)量高，分析有理有據(jù)。報(bào)告平均成績(jī)達(dá)到90分及以上。較好的完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，上機(jī)設(shè)計(jì)正確，代碼質(zhì)量較好，分析有條理。報(bào)告平均成績(jī)達(dá)到80分及以上。實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量一般，上機(jī)設(shè)計(jì)基本可行，代碼質(zhì)量一般，有一定的分析。報(bào)告平均成績(jī)達(dá)到65分及以上。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容不完整，代碼不可行，報(bào)錯(cuò)過多，無法實(shí)現(xiàn)。報(bào)告平均成績(jī)低于65分。40課程目標(biāo)3能根據(jù)實(shí)際問題要求提出解決問題的具體步驟，并能通過編程得出正確結(jié)果。程序涵蓋課程模塊的全部?jī)?nèi)容。程序運(yùn)行流暢，無錯(cuò)誤；代碼注解詳細(xì)、清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)確，敘述清楚，符合規(guī)范，無明顯錯(cuò)誤。程序涵蓋課程模塊的大部?jī)?nèi)容。程序運(yùn)行流暢，無錯(cuò)誤。代碼注解詳細(xì)、清晰。語言表達(dá)較為準(zhǔn)確，敘述較為清楚，基本符合規(guī)范，無明顯錯(cuò)誤。程序涵蓋課程模塊的一半以上內(nèi)容。程序運(yùn)行流暢，無錯(cuò)誤。代碼注解不詳細(xì)、不清晰。語言表達(dá)基本準(zhǔn)確，敘述較為清楚，基本符合規(guī)范，有部分錯(cuò)誤。程序涵蓋課程模塊少量?jī)?nèi)容。程序運(yùn)行有大量錯(cuò)誤。代碼注解不詳細(xì)、不清晰。語言不通順，明顯不符合規(guī)范，或存在抄襲現(xiàn)象。40課程目標(biāo)4能夠正確使用編程軟件解決特定問題，并具備調(diào)試、優(yōu)化程序的能力。按時(shí)上課，認(rèn)真參與實(shí)驗(yàn)，小組協(xié)作能力強(qiáng)，軟件操作正確且效率高，實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)等級(jí)為A。按時(shí)上課，認(rèn)真參與實(shí)驗(yàn)，小組協(xié)作良好，軟件操作正確，能較好地完成任務(wù)，實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)等級(jí)為B。按時(shí)上課，軟件操作不熟練，能夠小組配合按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)等級(jí)為C。按時(shí)上課，軟件操作有誤，團(tuán)隊(duì)配合不好，未能按時(shí)完成任務(wù)，實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)等級(jí)為D。20注：該表格中比例為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的比例?？荚嚦煽?jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)基本要求評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比例優(yōu)秀（90-100）良好（70-89）合格（60-69）不合格（0-59）課程目標(biāo)1掌握模式識(shí)別的基本概念、原理和常用算法，并能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能對(duì)一般問題進(jìn)行分析和程序設(shè)計(jì)。很好地掌握模式識(shí)別的基本概念、原理和算法，并能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能對(duì)一般問題進(jìn)行分析和程序設(shè)計(jì)。較好地掌握模式識(shí)別的基