《PyTorch計(jì)算機(jī)視覺與深度學(xué)習(xí)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名稱PyTorch計(jì)算機(jī)視覺與深度學(xué)習(xí)課程英文名稱PyTorchforComputerVisionandDeepLearning課程號(hào)開課單位課程類別實(shí)踐教育平臺(tái)專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程模塊課程性質(zhì)必修適用專業(yè)開課學(xué)期第三學(xué)期課程學(xué)分3課程學(xué)時(shí)64理論授課學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)0上機(jī)學(xué)時(shí)32課外實(shí)踐學(xué)時(shí)0先修課程程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、人工智能專業(yè)導(dǎo)論后續(xù)課程自然語言處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)執(zhí)筆人制定時(shí)間審核人審核時(shí)間批準(zhǔn)人批準(zhǔn)時(shí)間二、課程簡(jiǎn)介《PyTorch計(jì)算機(jī)視覺與深度學(xué)習(xí)》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、人工智能等相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)技術(shù)及其應(yīng)用。課程以PyTorch框架為工具，結(jié)合基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用案例，幫助學(xué)生深入理解深度學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)視覺中的核心概念和技術(shù)，掌握模型構(gòu)建、訓(xùn)練和優(yōu)化的實(shí)戰(zhàn)技巧。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠提升編程能力和算法實(shí)現(xiàn)能力，還能為未來從事人工智能領(lǐng)域的研究與開發(fā)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三、課程的教學(xué)目標(biāo)課程目標(biāo)1：使學(xué)生掌握深度學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)視覺的基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)等核心概念及其數(shù)學(xué)原理。課程目標(biāo)2：通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠熟練使用PyTorch框架進(jìn)行模型構(gòu)建、訓(xùn)練和優(yōu)化，掌握深度學(xué)習(xí)模型在計(jì)算機(jī)視覺任務(wù)中的應(yīng)用方法，如圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、圖像生成等。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，通過實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，針對(duì)計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的實(shí)際問題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)解決方案，提升分析問題和解決問題的能力。課程目標(biāo)4：提升學(xué)生的代碼編寫能力和文檔撰寫能力，要求學(xué)生能夠編寫清晰、高效的代碼，并能夠撰寫完整的項(xiàng)目報(bào)告，記錄算法設(shè)計(jì)、模型實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的全過程。課程思政目標(biāo)：結(jié)合課程內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生樹立科技強(qiáng)國的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和使命感。通過案例分析和實(shí)踐操作，強(qiáng)調(diào)深度學(xué)習(xí)技術(shù)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展中的重要作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和家國情懷的高素質(zhì)人才。四、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的支撐關(guān)系本課程的課程目標(biāo)與畢業(yè)要求達(dá)成的關(guān)系如表1所示。表1課程目標(biāo)及其對(duì)畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)支撐畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐權(quán)重畢業(yè)要求1：人工智能技術(shù)知識(shí)。掌握人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用知識(shí)，包括程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等，能夠有效地利用這些知識(shí)解決實(shí)際技術(shù)問題。1-2能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g(shù)應(yīng)用的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)用于人工智能相關(guān)問題的抽象、表述、建模和求解；1、2、3M畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析。能夠識(shí)別和分析人工智能應(yīng)用中的實(shí)際技術(shù)問題，應(yīng)用所學(xué)技術(shù)，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ哌M(jìn)行處理和解決。2-1能運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的相關(guān)原理，識(shí)別和判斷復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并用AI模型正確表達(dá)；2、3、課程思政目標(biāo)H畢業(yè)要求3：系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。能夠設(shè)計(jì)和開發(fā)滿足特定需求的人工智能應(yīng)用系統(tǒng)，包括功能模塊或流程，設(shè)計(jì)時(shí)考慮實(shí)際操作中的可行性、效率和安全性。3-2能夠針對(duì)需求，完成AI應(yīng)用中功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；1、2、3、課程思政目標(biāo)L畢業(yè)要求4：實(shí)施和運(yùn)維。能夠進(jìn)行人工智能技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)施和運(yùn)維，具備系統(tǒng)部署、操作、調(diào)試和優(yōu)化的能力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。4-2能夠根據(jù)人工智能工程應(yīng)用中關(guān)鍵問題的特征，制定上機(jī)實(shí)踐目標(biāo)和方法，選擇研究路線，設(shè)計(jì)方案；1、2、3、課程思政目標(biāo)M畢業(yè)要求5：現(xiàn)代工具使用。能夠熟練使用現(xiàn)代技術(shù)工具和平臺(tái)，如編程工具、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理工具、機(jī)器學(xué)習(xí)框架等，進(jìn)行人工智能項(xiàng)目的開發(fā)和管理。5-1能夠選擇、使用與開發(fā)恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源及工具，用于對(duì)復(fù)雜人工智能工程問題進(jìn)行模擬、仿真與研發(fā)；1、2、3、課程思政目標(biāo)M五、課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求（一）教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配本課程的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配以及與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。表2教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系理論教學(xué)部分章節(jié)序號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第一章第1章：人工智能基礎(chǔ)人工智能概述什么是人工智能人工智能的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)視覺的基礎(chǔ)機(jī)器對(duì)圖像的感知傳統(tǒng)圖像處理方法的探索特征表達(dá)與提取技術(shù)深度學(xué)習(xí)圖像識(shí)別原理深度學(xué)習(xí)在實(shí)際中的應(yīng)用圖像分類與識(shí)別圖像目標(biāo)檢測(cè)圖像分割與輪廓提取圖像描述生成圖像問答系統(tǒng)圖像生成與創(chuàng)作本章小結(jié)23第二章第2章：深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法前向傳播反向傳播梯度與自動(dòng)微分梯度下降與優(yōu)化局部最優(yōu)與鞍點(diǎn)梯度消失與爆炸問題參數(shù)優(yōu)化與更新策略損失函數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化器與激活函數(shù)學(xué)習(xí)率的自適應(yīng)調(diào)整本章小結(jié)31,3第三章第3章：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建卷積層的多種操作卷積運(yùn)算的基本原理常規(guī)卷積操作深度可分離卷積分組卷積與擴(kuò)展卷積可變形卷積技術(shù)可變形卷積的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可變形卷積的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可變形卷積的應(yīng)用反卷積與目標(biāo)分割反卷積的數(shù)學(xué)原理全卷積網(wǎng)絡(luò)反卷積在全卷積網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用池化層的多重特性下采樣與池化操作上采樣與特征擴(kuò)充全連接層的作用與影響全連接層的基本原理全連接層之間的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與正則化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的重要性批標(biāo)準(zhǔn)化與層標(biāo)準(zhǔn)化正則化方法本章小結(jié)31,2,3第四章第4章：PyTorch的基本應(yīng)用PyTorch簡(jiǎn)介與環(huán)境搭建了解PyTorch框架搭建PyTorch開發(fā)環(huán)境PyTorch基本語法與操作張量的基礎(chǔ)概念張量的運(yùn)算與操作Pytorch中的自動(dòng)微分自動(dòng)微分原理與應(yīng)用構(gòu)建可微分變量自動(dòng)微分的實(shí)例演示模型的保存與加載保存與加載可訓(xùn)練參數(shù)完整模型的保存與加載多模型的管理與加載跨設(shè)備模型加載在CPU和GPU之間切換加載多GPU環(huán)境下的模型加載權(quán)重的修改與調(diào)整權(quán)重可視化與分析在多GPU環(huán)境中修改權(quán)重本章小結(jié)22,3第五章第5章：分類識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)用背景卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建CRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)卷積核的作用與選擇特征圖提取與表示池化操作的降維效果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的定義與構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)集準(zhǔn)備與預(yù)處理數(shù)據(jù)集解析與樣本分析網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練過程網(wǎng)絡(luò)模型的性能測(cè)試與評(píng)估應(yīng)用集成開發(fā)與界面設(shè)計(jì)本章小結(jié)21,2第六章第6章：目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)用背景目標(biāo)檢測(cè)的候選框生成策略背景和應(yīng)用知識(shí)滑窗技術(shù)區(qū)域候選框基于選擇性搜索的檢測(cè)框架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在目標(biāo)檢測(cè)中的應(yīng)用殘差連接錨框空間金字塔池化區(qū)域生成網(wǎng)絡(luò)邊框回歸技術(shù)主干神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的選擇與應(yīng)用AlexNetVGGNetResNet單階段目標(biāo)檢測(cè)模型SSD模型YOLO模型雙階段目標(biāo)檢測(cè)模型R-CNN模型FastR-CNN模型FasterR-CNN模型R-FCN模型案例小結(jié)22,3第七章第7章：基于視覺大數(shù)據(jù)檢索的圖搜圖應(yīng)用應(yīng)用背景視覺特征提取CNN模型選擇CNN深度特征視覺特征索引視覺搜索引擎集成應(yīng)用開發(fā)案例小結(jié)21,2第八章第8章：驗(yàn)證碼AI識(shí)別應(yīng)用背景驗(yàn)證碼圖像生成基礎(chǔ)字符模板驗(yàn)證碼圖模擬驗(yàn)證碼數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證碼識(shí)別模型CNN模型訓(xùn)練CNN模型測(cè)試集成應(yīng)用開發(fā)數(shù)據(jù)集標(biāo)注數(shù)據(jù)集分割CNN模型訓(xùn)練CNN模型應(yīng)用案例小結(jié)41,2,3第九章第9章：基于生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的圖像生成應(yīng)用應(yīng)用背景生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型卡通頭像大數(shù)據(jù)GAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)GAN網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練GAN網(wǎng)絡(luò)測(cè)試集成應(yīng)用開發(fā)案例小結(jié)31,2,3第十章第10章：肺炎感染影像智能識(shí)別應(yīng)用背景肺炎感染影像識(shí)別肺炎感染影像大數(shù)據(jù)CNN遷移設(shè)計(jì)CNN遷移訓(xùn)練CNN遷移評(píng)測(cè)CNN融合識(shí)別集成應(yīng)用開發(fā)案例小結(jié)11,2第十一章第11章：基于深度學(xué)習(xí)的人臉二維碼識(shí)別應(yīng)用背景QR編譯碼QR編碼QR譯碼內(nèi)容加密人臉壓縮人臉建庫人臉降維人臉重構(gòu)人臉轉(zhuǎn)碼CNN分類識(shí)別集成應(yīng)用開發(fā)案例小結(jié)41,2,3第十二章第12章：污損遮擋號(hào)牌識(shí)別與違法行為檢測(cè)應(yīng)用背景理論基礎(chǔ)算法模型的選擇與解釋污損遮擋號(hào)牌定位算法號(hào)牌號(hào)碼識(shí)別算法功能設(shè)計(jì)構(gòu)建車輛號(hào)牌數(shù)據(jù)集權(quán)重文件的適配與編輯模型參數(shù)的配置與調(diào)整閾值分析與結(jié)果解讀功能實(shí)現(xiàn)本章小結(jié)41,2,3上機(jī)教學(xué)部分上機(jī)項(xiàng)目序號(hào)上機(jī)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)分配對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)項(xiàng)目一基于視覺大數(shù)據(jù)檢索的圖搜圖應(yīng)用21項(xiàng)目二驗(yàn)證碼AI識(shí)別61項(xiàng)目三基于生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的圖像生成應(yīng)用62,3項(xiàng)目四肺炎感染影像智能識(shí)別22項(xiàng)目五基于深度學(xué)習(xí)的人臉二維碼識(shí)別62,3項(xiàng)目六污損遮擋號(hào)牌識(shí)別與違法行為檢測(cè)62,3項(xiàng)目七AI項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)41,3（二）教學(xué)方法與手段理論教學(xué)：采用課堂講授、多媒體演示等方式，系統(tǒng)講解深度學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)視覺的基礎(chǔ)理論知識(shí)，幫助學(xué)生建立扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。實(shí)踐教學(xué)：通過案例分析、項(xiàng)目實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)操作等形式，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握PyTorch框架的使用方法和深度學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建與優(yōu)化技巧，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。課程思政：結(jié)合課程內(nèi)容，引入思政元素，如科技強(qiáng)國、社會(huì)責(zé)任等，通過案例分析和討論，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀和責(zé)任感。小組討論與合作學(xué)習(xí)：鼓勵(lì)學(xué)生分組討論和合作完成項(xiàng)目任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力。在線教學(xué)資源：利用在線教學(xué)平臺(tái)，提供課程視頻、實(shí)驗(yàn)代碼、參考資料等，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。六、考核評(píng)價(jià)方法及基本要求（一）課程考核方式終結(jié)性考核（占比70%）：期末考試，根據(jù)試卷評(píng)分規(guī)則考核。過程性考核（占比30%）：由平時(shí)成績(jī)10%、上機(jī)成績(jī)20%組成。平時(shí)成績(jī)主要包括考勤和章節(jié)作業(yè)，百分制扣分如下：請(qǐng)假扣3分，遲到扣5分，曠課扣10分，一次作業(yè)不完成扣10分，平時(shí)表現(xiàn)優(yōu)秀適當(dāng)加分。課程成績(jī)核算方法和對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)關(guān)系表3考核方式及其成績(jī)占比與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系理論/上機(jī)（占比%）考核方式成績(jī)占比/%對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3思政目標(biāo)理論教學(xué)部分（80%）課堂表現(xiàn)10???平時(shí)作業(yè)??出勤期末考試70????上機(jī)教學(xué)部分（20%）上機(jī)操作6????出勤4?驗(yàn)收10???（三）課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表4課程考核方式及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)考核方式優(yōu)秀良好中/及格不及格100-9089-8079-60＜60平時(shí)作業(yè)內(nèi)容完整，按時(shí)提交，答案正確，字跡工整內(nèi)容基本完整，答案基本正確內(nèi)容完整，答案正確，字跡工整內(nèi)容不完整，答案不正確，字跡潦草上機(jī)操作、驗(yàn)收學(xué)習(xí)態(tài)度端正，程序完整，運(yùn)行正常，回答問題正確程序運(yùn)行正常，回答問題基本正確，但系統(tǒng)功能有所欠缺。學(xué)習(xí)態(tài)度端正，程序代碼完整，程序運(yùn)行有問題，但虛心接受老師指導(dǎo)。程序寥寥數(shù)行，不能