“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)大綱英文名稱：ArtificialNeuralNetworkDesign課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)選修課學(xué)分：2.0學(xué)時(shí)：32面向?qū)ο螅鹤詣?dòng)化、人工智能專業(yè)本科生先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、編程基礎(chǔ)教材及參考書：[1] SimonHaykin.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與學(xué)習(xí)系統(tǒng)（原書第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2013[2] MartinT.Hagan.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（原書第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2020一、課程簡(jiǎn)介人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)課程旨在介紹人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理、設(shè)計(jì)方法及其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。課程采用課堂講授、專題討論、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，內(nèi)容涵蓋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用實(shí)例等。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技能，為從事自動(dòng)化、人工智能相關(guān)領(lǐng)域的研究與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。二、課程地位與目標(biāo)（一）課程地位：《人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程》是自動(dòng)化、人工智能專業(yè)大三本科生的學(xué)科基礎(chǔ)選修課，屬于人工智能技術(shù)系列。通過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的能力，為其后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和科研工作提供必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。本課程支撐的畢業(yè)要求拆分指標(biāo)點(diǎn)的具體描述如下：指標(biāo)點(diǎn)2-1：掌握自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)知識(shí)，解決人工智能領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的理解和表述問(wèn)題。指標(biāo)點(diǎn)4-2：能夠根據(jù)設(shè)計(jì)方案中的功能模塊，設(shè)計(jì)滿足特定功能需求的模塊或子系統(tǒng)，考慮相互之間關(guān)聯(lián)和影響。指標(biāo)點(diǎn)5-2：能夠根據(jù)人工智能系統(tǒng)功能模塊和對(duì)象特征需求，選擇研究方案和技術(shù)路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。指標(biāo)點(diǎn)7-1：具備環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，理解自動(dòng)化工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的影響。指標(biāo)點(diǎn)8-3：理解工程師對(duì)公眾的安全、健康、福祉及環(huán)境保護(hù)的社會(huì)責(zé)任，能夠在工程實(shí)踐中自覺(jué)履行責(zé)任。（二）課程目標(biāo)1教學(xué)目標(biāo)：旨在引導(dǎo)學(xué)生全面理解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和設(shè)計(jì)方法，掌握常見(jiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其訓(xùn)練算法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決實(shí)際工程與應(yīng)用問(wèn)題的能力。同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能領(lǐng)域的興趣，培養(yǎng)其主動(dòng)思考與探究式學(xué)習(xí)的意識(shí)與習(xí)慣，為后續(xù)相關(guān)課程學(xué)習(xí)及科研創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本課程對(duì)畢業(yè)要求拆分指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成的支撐情況，詳見(jiàn)表1：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求拆分指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系序號(hào)課程目標(biāo)畢業(yè)要求拆分指標(biāo)點(diǎn)2.14.25.27.18.31理解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和設(shè)計(jì)方法，掌握常見(jiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其訓(xùn)練算法●●●◎◎2培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決實(shí)際工程與應(yīng)用問(wèn)題的能力●●●●◎3培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考與探究式學(xué)習(xí)的意識(shí)與習(xí)慣◎◎●●●注：●：表示有強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，◎：表示有一般相關(guān)關(guān)系，⊙：表示有弱相關(guān)關(guān)系2育人目標(biāo)：將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值塑造有機(jī)融合，強(qiáng)化人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)過(guò)程，將職業(yè)素養(yǎng)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科技創(chuàng)新等關(guān)鍵素質(zhì)融入教學(xué)各環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)具有扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、創(chuàng)新精神、工程實(shí)踐能力和社會(huì)責(zé)任感的復(fù)合型人才，服務(wù)國(guó)家科技強(qiáng)國(guó)和人才強(qiáng)國(guó)建設(shè)。三、課程教學(xué)內(nèi)容分章節(jié)列出課程教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐，詳見(jiàn)表2：表2教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系章節(jié)名稱教學(xué)內(nèi)容及重點(diǎn)（▲）、難點(diǎn)（★）課程目標(biāo)（√）123第一章緒論本章旨在引導(dǎo)學(xué)生初步了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念，發(fā)展歷程以及應(yīng)用前景，幫助學(xué)生建立對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體認(rèn)識(shí)框架。重點(diǎn)（▲）：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)和基本功能。√第二章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成本章的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成，掌握神經(jīng)元模型和學(xué)習(xí)規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法，了解如何對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行分析。重點(diǎn)（▲）：神經(jīng)元模型、神經(jīng)元學(xué)習(xí)規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法。難點(diǎn)（★）：神經(jīng)元學(xué)習(xí)規(guī)則和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法?！痰谌赂兄鞅菊碌慕虒W(xué)目的是使學(xué)生掌握單層感知器、多層感知器、BP算法以及多層感知器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)（▲）：?jiǎn)螌痈兄鳎鄬痈兄?，BP算法，多層感知器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)（★）：能進(jìn)行多層感知器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。√√√第四章徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本章的教學(xué)目的是使學(xué)生了解局部映射特性，掌握徑向基函神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作原理、學(xué)習(xí)算法以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)（▲）：徑向基函神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作原理，學(xué)習(xí)算法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)（★）：徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法?！獭獭痰谖逭翲opfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本章的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握離散型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和連續(xù)型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。重點(diǎn)（▲）：離散型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作原理，連續(xù)型Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作原理。難點(diǎn)（★）：Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析?！獭獭痰诹麻L(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)本章的教學(xué)目的是使學(xué)生了解長(zhǎng)期依賴問(wèn)題，掌握長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、工作原理以及超參數(shù)優(yōu)化方法。重點(diǎn)（▲）：長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，工作原理和超參數(shù)優(yōu)化方法。難點(diǎn)（★）：如何對(duì)長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)的超參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?！獭獭痰谄哒禄芈暊顟B(tài)網(wǎng)絡(luò)本章的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、工作原理以及設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)（▲）：回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，工作原理和設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)（★）：回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法?！獭獭痰诎苏戮矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本章的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本概念、結(jié)構(gòu)以及學(xué)習(xí)算法。重點(diǎn)（▲）：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法。難點(diǎn)（★）：各類典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。√√√第九章深度信念網(wǎng)絡(luò)本章的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握受限玻爾茲曼機(jī)、深度信念網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及學(xué)習(xí)算法。重點(diǎn)（▲）：受限玻爾茲曼機(jī)和深度信念網(wǎng)絡(luò)。難點(diǎn)（★）：深度信念網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法?！獭獭痰谑氯斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用本章的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法。重點(diǎn)（▲）：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。難點(diǎn)（★）：針對(duì)復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整?！獭獭趟?、教授方法與學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)教授方法：以課堂講授為主（30學(xué)時(shí)），實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔（2學(xué)時(shí)）。課堂教學(xué)倡導(dǎo)研究型教學(xué)模式，注重以知識(shí)為載體傳授相關(guān)理論、思想與方法，系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生深入理解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念與核心原理。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用小組合作形式，圍繞典型案例組織學(xué)生開展案例分析與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐強(qiáng)化理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)，提升綜合實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)習(xí)方法：鼓勵(lì)學(xué)生養(yǎng)成自主探索與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的學(xué)習(xí)習(xí)慣，注重對(duì)問(wèn)題的主動(dòng)思考與深入探究。在掌握基本概念和方法的基礎(chǔ)上，開展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，注重從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)歸納總結(jié)不同類型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，構(gòu)建系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思維框架。學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)明確任務(wù)要求，做好課前預(yù)習(xí)、課中專注聽(tīng)講與積極互動(dòng)，課后及時(shí)復(fù)習(xí)和實(shí)踐；善于捕捉靈感、整合資源，主動(dòng)與教師和同學(xué)交流、參與實(shí)踐操作。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)：以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，要求學(xué)生以小組為單位，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，自主設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以解決實(shí)際工程問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。五、教學(xué)環(huán)節(jié)及學(xué)時(shí)分配教學(xué)環(huán)節(jié)及各章節(jié)學(xué)時(shí)分配，詳見(jiàn)表3。表3教學(xué)環(huán)節(jié)及各章節(jié)學(xué)時(shí)分配表章節(jié)名稱教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配合計(jì)講授習(xí)題實(shí)驗(yàn)討論其它第一章緒論22第二章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成44第三章感知器66第四章徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)44第五章Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)22第六章長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)44第七章回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)22第八章卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)22第九章深度信念網(wǎng)絡(luò)22第十章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用44合計(jì)28432六、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定課程考核以考核學(xué)生對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成為主要目的，檢查學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握程度為重要內(nèi)容。課程成績(jī)包括平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和考試成績(jī)?nèi)糠帧Ｆ綍r(shí)成績(jī)30%（作業(yè)、課堂表現(xiàn)等10%，實(shí)驗(yàn)20%），考試成績(jī)70%。平時(shí)成績(jī)中的作業(yè)、課堂表現(xiàn)等10%主要反映學(xué)生的課堂表現(xiàn)、平時(shí)的信息接受、自我約束，評(píng)定的主要依據(jù)包括：課程的出勤情況、課堂的基本表現(xiàn)、作業(yè)情況。平時(shí)成績(jī)中實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，主要反映學(xué)生在所學(xué)方法指導(dǎo)下如何進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和應(yīng)用?？荚嚦煽?jī)70%為對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全面檢驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)考核學(xué)生對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念的掌握程度，考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)方法設(shè)計(jì)解決方案的能力，旨在引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化理論聯(lián)系實(shí)際的能力培養(yǎng)。本課程各考核環(huán)節(jié)的比重及對(duì)畢業(yè)要求拆分點(diǎn)的支撐情況，詳見(jiàn)表4：表4考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定分布表考核方式所占比例（%）主要考核內(nèi)容及對(duì)畢業(yè)要求拆分指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況平時(shí)成績(jī)30相關(guān)作業(yè)的完成質(zhì)量、課堂的參與度、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)情況以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的能力。對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求2-1、4-2、5-2、7-1、8-3達(dá)成度的支撐?？荚嚦煽?jī)70對(duì)規(guī)定考試內(nèi)容掌握的情況。對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求2-1、4-2、5-2、7-1、8-3達(dá)成度的支撐。七、考核環(huán)節(jié)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)本課程各考核環(huán)節(jié)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)表5。表5考核環(huán)節(jié)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)考核方式評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)ABCDE90～10080～8970～7960～69﹤60平時(shí)表現(xiàn)課堂表現(xiàn)優(yōu)秀、自我約束力高課堂表現(xiàn)良好、自我約束力較好課堂表現(xiàn)一般、自我約束力一般課堂表現(xiàn)較差、自我約束力較差不滿足D要求實(shí)驗(yàn)熟練掌握已學(xué)知識(shí)、自主學(xué)習(xí)能力