《最優(yōu)化模型與算法——基于Python實(shí)現(xiàn)》教學(xué)大綱課程信息課程名稱：最優(yōu)化模型與算法——基于Python實(shí)現(xiàn)課程類別：素質(zhì)選修課/專業(yè)基礎(chǔ)課課程性質(zhì)：選修/必修計(jì)劃學(xué)時(shí)：32計(jì)劃學(xué)分：2先修課程：無(wú)選用教材：《最優(yōu)化模型與算法——基于Python實(shí)現(xiàn)》，漸令，梁錫軍主編，電子工業(yè)出版社。適用專業(yè)：本課程可供具備微積分和線性代數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生學(xué)習(xí)使用。課程負(fù)責(zé)人：二、課程簡(jiǎn)介本課程介紹了優(yōu)化模型的基礎(chǔ)知識(shí)，梳理了大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代涌現(xiàn)出來(lái)的最優(yōu)化算法，使用Python語(yǔ)言配套給出算法的代碼，展示了若干實(shí)例和應(yīng)用案例。三、課程教學(xué)要求序號(hào)專業(yè)畢業(yè)要求課程教學(xué)要求關(guān)聯(lián)程度1工程知識(shí)主要內(nèi)容包括優(yōu)化模型基礎(chǔ)知識(shí)和優(yōu)化算法兩部分，介紹了凸集合、凸函數(shù)、凸優(yōu)化模型、對(duì)偶理論，梳理了梯度下降法、牛頓法、乘子法、DC規(guī)劃算法、梯度投影法、隨機(jī)梯度下降法、在線梯度下降法等優(yōu)化算法。H2問(wèn)題分析最優(yōu)化方法作為求解各類工程優(yōu)化問(wèn)題的基本工具一直備受關(guān)注，且在石油工程、地質(zhì)勘探、系統(tǒng)控制、人工智能、生產(chǎn)調(diào)度等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代新涌現(xiàn)出來(lái)的許多優(yōu)秀算法缺乏系統(tǒng)性的梳理。作為大數(shù)據(jù)時(shí)代的主流編程語(yǔ)言，Python的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。但鮮見(jiàn)基于Python介紹最優(yōu)化算法的著作。H3設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案將分散在眾多文獻(xiàn)中的優(yōu)化模型、基本優(yōu)化算法、機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域廣泛使用的大規(guī)模優(yōu)化算法等重要素材進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，并幫助學(xué)生掌握優(yōu)化算法的基本原理，提升綜合運(yùn)用最優(yōu)化算法解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。H4研究L5使用現(xiàn)代工具L6工程與社會(huì)學(xué)會(huì)將相應(yīng)方法并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和社會(huì)服務(wù)中，為社會(huì)做出貢獻(xiàn)。L7環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展L8職業(yè)規(guī)范L9個(gè)人和團(tuán)隊(duì)1.學(xué)會(huì)個(gè)人發(fā)展和團(tuán)隊(duì)合作，提高個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的綜合素質(zhì)。2.學(xué)會(huì)與他人合作和溝通，建立良好的人際關(guān)系和團(tuán)隊(duì)合作氛圍。H10溝通1.學(xué)會(huì)進(jìn)行有效的溝通和表達(dá)，與客戶、同事和上級(jí)保持良好的溝通和協(xié)作。2.學(xué)會(huì)進(jìn)行跨文化溝通和合作，提高國(guó)際化視野和跨文化交流能力。M11項(xiàng)目管理1.學(xué)會(huì)進(jìn)行項(xiàng)目管理和組織，包括項(xiàng)目計(jì)劃、進(jìn)度控制、質(zhì)量管理等。2.學(xué)會(huì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理，提高項(xiàng)目成功的概率和效率。L12終身學(xué)習(xí)1.學(xué)會(huì)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和自我提升，不斷提高自身的專業(yè)水平和創(chuàng)新能力。2.學(xué)會(huì)進(jìn)行終身學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，不斷拓展職業(yè)領(lǐng)域和發(fā)展空間。H注：“課程教學(xué)要求”欄中內(nèi)容為針對(duì)該課程適用專業(yè)的專業(yè)畢業(yè)要求與相關(guān)教學(xué)要求的具體描述。“關(guān)聯(lián)程度”欄中字母表示二者關(guān)聯(lián)程度。關(guān)聯(lián)程度按高關(guān)聯(lián)、中關(guān)聯(lián)、低關(guān)聯(lián)三檔分別表示為“H”“M”或“L”。“課程教學(xué)要求”及“關(guān)聯(lián)程度”中的空白欄表示該課程與所對(duì)應(yīng)的專業(yè)畢業(yè)要求條目不相關(guān)。四、課程教學(xué)內(nèi)容章節(jié)名稱主要內(nèi)容重難點(diǎn)關(guān)鍵詞學(xué)時(shí)類型1凸集合仿射集、凸集和凸錐凸集合的示例保持凸性的運(yùn)算支撐超平面對(duì)偶錐熟悉仿射集、凸集和凸錐的概念；掌握凸集合的示例和性質(zhì)；具備進(jìn)行保持凸性的運(yùn)算的能力；了解支撐超平面和對(duì)偶錐的概念。5理論+實(shí)踐2凸函數(shù)凸函數(shù)的定義和例子保持凸性的運(yùn)算共軛函數(shù)次梯度與次微分熟悉凸函數(shù)的定義和例子；掌握保持凸性的運(yùn)算；理解共軛函數(shù)的概念；了解次梯度與次微分的概念。4理論+實(shí)踐3凸優(yōu)化模型優(yōu)化模型凸優(yōu)化模型線性規(guī)劃二次規(guī)劃模型幾何規(guī)劃廣義不等式約束熟悉優(yōu)化模型的概念；掌握凸優(yōu)化模型的特點(diǎn)和性質(zhì)；具備解決線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、幾何規(guī)劃和廣義不等式約束的能力。3理論+實(shí)踐4對(duì)偶理論Lagrange對(duì)偶函數(shù)Lagrange對(duì)偶問(wèn)題Lagrange對(duì)偶的理解最優(yōu)性條件熟悉Lagrange對(duì)偶函數(shù)的概念；掌握Lagrange對(duì)偶問(wèn)題的求解方法；理解Lagrange對(duì)偶的幾何意義；了解最優(yōu)性條件的判定方法。4理論+實(shí)踐5非凸優(yōu)化算法全局優(yōu)化算法的復(fù)雜度優(yōu)化算法構(gòu)造思想梯度下降法牛頓法擬牛頓法共軛梯度法最小二乘問(wèn)題Lagrange乘子法DC規(guī)劃及CCCP算法進(jìn)化算法了解全局優(yōu)化算法的復(fù)雜度；掌握優(yōu)化算法構(gòu)造思想；熟悉梯度下降法、牛頓法、擬牛頓法、共軛梯度法等非凸優(yōu)化算法的原理和應(yīng)用；具備解決最小二乘問(wèn)題、Lagrange乘子法、DC規(guī)劃及CCCP算法和進(jìn)化算法的能力。10理論+實(shí)踐6凸優(yōu)化算法梯度投影法坐標(biāo)下降法迫近梯度法交替方向乘子法隨機(jī)梯度下降法在線凸優(yōu)化熟悉梯度投影法、坐標(biāo)下降法、迫近梯度法、交替方向乘子法、隨機(jī)梯度下降法和在線凸優(yōu)化的原理和應(yīng)用；掌握這些算法的實(shí)現(xiàn)和調(diào)優(yōu)方法。6理論+實(shí)踐五、考核要求及成績(jī)?cè)u(píng)定序號(hào)成績(jī)類別考核方式考核要求權(quán)重（%）備注1期末成績(jī)期末考試大作業(yè)50百分制，60分為及格2平時(shí)成績(jī)課后作業(yè)10次40優(yōu)、良、中、及格、不及格3平時(shí)表現(xiàn)出勤情況10兩次未參加課程則無(wú)法獲得學(xué)分注：此表中內(nèi)容為該課程的全部考核方式及其相關(guān)信息。六、學(xué)生學(xué)習(xí)建議學(xué)習(xí)方法建議1.依據(jù)專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合崗位技能職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)案例展開學(xué)習(xí)，將每個(gè)項(xiàng)目分成多個(gè)任務(wù)，系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)。2.通過(guò)開展課堂討論、實(shí)踐活動(dòng)，增強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)會(huì)如何與他人合作、溝通、協(xié)調(diào)等等。學(xué)生課外閱讀參考資料《最優(yōu)化模型與算法——基于Python實(shí)現(xiàn)》，漸令，梁錫軍主編，電子工業(yè)出版社。七、課程改革與建設(shè)在介紹最優(yōu)化基本模型并分析求解算法的基礎(chǔ)上，使用Python語(yǔ)言配套給出算法的編程實(shí)現(xiàn)，給出了若干實(shí)例代碼和