《工程数据分析》课程实验教学大纲 英文：Engineering Data Analysis 一、课程基本信息（黑体/小四） 课程代码：16060203 课程名称：工程数据分析 英文名称：Engineering Data Analysis 实验总学时：16 适用专业：计算机科学与技术本科 课程类别：专业课 先修课程：《程序设计》、《高等数学》等 二、实验教学的总体目的和要求 1、对学生的要求 通过本课程实验，使学生熟悉MATLAB的基本操作，熟悉基本的矩阵运算， 熟悉常用函数的使用方法，掌握与工程数据分析中常用方法对应的模块的调用方 法和编程实现。 2、对教师的要求 3、对实验条件的要求 个人计算机，Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2010及以上 三、实验教学内容（黑体/小四） 实验项目一 实验名称：MATLAB基础 实验内容：MATLAB界面 命令窗口和编辑器的使用、矩阵的创建、矩阵运算 常用工具函数、程序结构和文件调用。 实验性质：验证性 实验学时：2
《工程数据分析》课程实验教学大纲 英文：Engineering Data Analysis 一、课程基本信息（黑体／小四） 课程代码： 16060203 课程名称：工程数据分析 英文名称: Engineering Data Analysis 实验总学时：16 适用专业：计算机科学与技术本科 课程类别：专业课 先修课程：《程序设计》、《高等数学》等 二、实验教学的总体目的和要求 1、对学生的要求 通过本课程实验，使学生熟悉 MATLAB 的基本操作，熟悉基本的矩阵运算， 熟悉常用函数的使用方法，掌握与工程数据分析中常用方法对应的模块的调用方 法和编程实现。 2、对教师的要求 3、对实验条件的要求 个人计算机，Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2010 及以上 三、实验教学内容（黑体／小四） 实验项目一 实验名称：MATLAB 基础 实验内容：MATLAB 界面、命令窗口和编辑器的使用、矩阵的创建、矩阵运算、 常用工具函数、程序结构和文件调用。 实验性质：验证性 实验学时：2
实验目的与要求：熟悉MATLAB工作界面、掌握矩阵的创建、矩阵运算和常用工 具函数的使用，掌握编辑器的使用、会写简单程序，了解文件调用的常用函数 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2012 实验项目二 实验名称：数据预处理与主成分分析 实验内容：给定一组数据，①对数据进行归一化处理：②对数据进行平滑处理： ③利用主成分分析方法对数据进行降维，分析降维后的数据与原始数据在数据空 间的分布变化 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：掌握对数据进行归一化和数据平滑的MATLAB函数的使用方法， 理解数据归一化和平滑的物理意义。掌握利用MATLAB进行主成分分析的计算步 骤：掌握选择主成分个数的原则以及利用特征值建立权向量的方法：能根据主成 分的数学公式，针对实际问题给出主成分的合理解释。 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2012 研究与思考：主成分分析的几何意义是什么？当数据分布在一个超球形区域时， 用PCA降维是否有意义？ 实验项目三 实验名称：数据统计量及其分布检验 实验内容：给定1949年到1990年我国洪涝灾害统计数据，解决以下问题：1) 计算各项指标的平均值、标准差、变异系数、三均值、偏度与峰度：2)各项指 标是否服从正态分布？若服从，计算概率为1%时的受灾面积、受灾人口及直接 经济损失：若不付出正态分布，利用B0x-Cox变换将数据进行变换，对变换后的 数据进行相应的分析。 实验性质：验证性 实验学时：2
实验目的与要求：熟悉 MATLAB 工作界面、掌握矩阵的创建、矩阵运算和常用工 具函数的使用，掌握编辑器的使用、会写简单程序，了解文件调用的常用函数。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 实验项目二 实验名称：数据预处理与主成分分析 实验内容：给定一组数据，①对数据进行归一化处理；②对数据进行平滑处理； ③利用主成分分析方法对数据进行降维，分析降维后的数据与原始数据在数据空 间的分布变化 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：掌握对数据进行归一化和数据平滑的 MATLAB 函数的使用方法， 理解数据归一化和平滑的物理意义。掌握利用 MATLAB 进行主成分分析的计算步 骤；掌握选择主成分个数的原则以及利用特征值建立权向量的方法；能根据主成 分的数学公式，针对实际问题给出主成分的合理解释。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 研究与思考：主成分分析的几何意义是什么？当数据分布在一个超球形区域时， 用 PCA 降维是否有意义？ 实验项目三 实验名称：数据统计量及其分布检验 实验内容：给定 1949 年到 1990 年我国洪涝灾害统计数据，解决以下问题：1） 计算各项指标的平均值、标准差、变异系数、三均值、偏度与峰度；2）各项指 标是否服从正态分布？若服从，计算概率为 1%时的受灾面积、受灾人口及直接 经济损失；若不付出正态分布，利用 Box-Cox 变换将数据进行变换，对变换后的 数据进行相应的分析。 实验性质：验证性 实验学时：2
实验目的与要求：熟练掌握利用MATLAB计算均值、方差、协方差、相关系数、 笑与度异系敌他度与美厚中的分招超安 握jbt i1 lietes 关千 握多维数据的数字特征与相关矩阵的处理方法。 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2012 研究与思考：变换数据分析结果的合理性？ 实验项目四 实验名称：回归分析 实验内容：根据1990-2013我国工业总产值、农业总产值、建筑业总产值、社会 商品零售总额、全民人口数和年度财政收入数据，1)建立财政收入的多元回归 分析模型：2)用逐步回归法分析影响国家财政收入的主要因素并建立回归模型。 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：掌握线性同归摸型的律立方法，堂握下® ess及同归分析类的 命令使用方法：掌握编程求总离差平 方和TSS、回归平方和RSS、残 差平 方和ESS 等相关统计量： 了解逐步回归的思想方法，掌握stepwise命令的使用方法：掌 握残差分析方法。 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2012 研究与思考：根据1990-2013我国工业总产值、农业总产值、建筑业总产值、社 会商品零售总额、全民人口数和年度财政收入数据的变化，你对我国社会健康发 展有何感想？ 实验项目五 实验名称：判决分析 实验内容：手写数字识别是模式识别的经典问题。NIST是一个手写数字的公开数 据。将图像一值化， 然后将其划分成4*4的小块，统计每个小块中黑色点的个 数，形成个49维的向量作为描述手写数字的指标向量或特征向量 1)分别采 用欧氏距离和马氏距离的最小距离判决对测试样本进行判决，并统计各自的正确 率：2)假设每个数字出现的概率相同，并且各类样本均服从多维正态分布，用 最小错误贝叶斯决策对测试样本进行判决，并统计各自的正确率：3)比较各种
实验目的与要求：熟练掌握利用 MATLAB 计算均值、方差、协方差、相关系数、 标准差与变异系数、偏度与峰度、中位数、分位数、三均值、四分位极差与极差； 掌握 jbtest 与 lillietest 关于一维数据的正态性检验；掌握统计作图方法；掌 握多维数据的数字特征与相关矩阵的处理方法。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 研究与思考：变换数据分析结果的合理性？ 实验项目四 实验名称：回归分析 实验内容：根据 1990-2013 我国工业总产值、农业总产值、建筑业总产值、社会 商品零售总额、全民人口数和年度财政收入数据，1）建立财政收入的多元回归 分析模型；2）用逐步回归法分析影响国家财政收入的主要因素并建立回归模型。 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：掌握线性回归模型的建立方法，掌握 regress 及回归分析类的 命令使用方法；掌握编程求总离差平方和 TSS、回归平方和 RSS、残差平方和 ESS 等相关统计量；了解逐步回归的思想方法，掌握 stepwise 命令的使用方法；掌 握残差分析方法。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 研究与思考：根据 1990-2013 我国工业总产值、农业总产值、建筑业总产值、社 会商品零售总额、全民人口数和年度财政收入数据的变化，你对我国社会健康发 展有何感想？ 实验项目五 实验名称：判决分析 实验内容：手写数字识别是模式识别的经典问题。MNIST是一个手写数字的公开数 据集。将图像二值化，然后将其划分成4* 4的小块，统计每个小块中黑色点的个 数，形成一个49维的向量作为描述手写数字的指标向量或特征向量。 1）分别采 用欧氏距离和马氏距离的最小距离判决对测试样本进行判决，并统计各自的正确 率；2）假设每个数字出现的概率相同，并且各类样本均服从多维正态分布，用 最小错误贝叶斯决策对测试样本进行判决，并统计各自的正确率；3）比较各种
数字的正确率，并对结果进行分析：4)比较三种方法的正确率，并对结果进行 分析 实验性质：验证性 实验学时：4 实验目的与要求：熟悉判决分析的基本过程，掌握各种距离的计算方法、熟练掌 握各种分类器的训练和预测的MATLAB函数的使用，会对实验结果进行简单的分 析 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2O12 研究与思考：有没有描述手写数字的其它指标向量或特征向量？尝试别的特征向 量并分析结果。 实验项目六 实验名称：神经网络与应用 实验内容：对于实验项目五的内容，1)采用前馈神经网络对训练数据进行训练： 2)尝试改变隐层节点个数，并用验证集进行验证，找出最好的隐层节点数：3) 用测试数据进行测试，并对结果进行分析 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：熟练掌握前馈神经网络的训练和顶测的MATLAB函数的使用方 法和参数的意义，熟悉利用神经网络进行判决分析的过程。 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2012 研究与思考：通过实验，隐节点个数对结果的影响如何？ 实验项目七 实验名称：聚类分析实验 实验内容：给定2014年我国城镇居民分地区人均可支配收入来源数据，①计算 各样品间的欧氏距离。马氏距离和加权评分距离：②运用谱系聚类法聚类，包括 确定最优聚类数， 选择合适的类间距离，同时做出谱系图：③运用K均值聚类法
数字的正确率，并对结果进行分析；4）比较三种方法的正确率，并对结果进行 分析 实验性质：验证性 实验学时：4 实验目的与要求：熟悉判决分析的基本过程，掌握各种距离的计算方法、熟练掌 握各种分类器的训练和预测的 MATLAB 函数的使用，会对实验结果进行简单的分 析。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 研究与思考：有没有描述手写数字的其它指标向量或特征向量？尝试别的特征向 量并分析结果。 实验项目六 实验名称：神经网络与应用 实验内容：对于实验项目五的内容，1）采用前馈神经网络对训练数据进行训练； 2）尝试改变隐层节点个数，并用验证集进行验证，找出最好的隐层节点数；3） 用测试数据进行测试，并对结果进行分析 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：熟练掌握前馈神经网络的训练和预测的 MATLAB 函数的使用方 法和参数的意义，熟悉利用神经网络进行判决分析的过程。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 研究与思考：通过实验，隐节点个数对结果的影响如何？ 实验项目七 实验名称：聚类分析实验 实验内容：给定 2014 年我国城镇居民分地区人均可支配收入来源数据，①计算 各样品间的欧氏距离。马氏距离和加权评分距离；②运用谱系聚类法聚类，包括 确定最优聚类数，选择合适的类间距离，同时做出谱系图；③运用 K 均值聚类法
进行聚类，并建立最佳聚类数公式：④运用C模糊均值聚类，并建立最佳聚类数 公式： 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：掌握利用MTLB计算谱系聚类与K均值聚类的函数：掌握模 糊C均值聚类与模糊减法聚类的MATLAB实现：掌握最优聚类数的理论及其实现。 实验条件：Windows Xp及以上操作系统，MATLAB2OI2 研究与思考：综合分析以上不同聚类法所取得的聚类结果，能得到什么结论。 四、考核方式 考查 五、推荐实验教材和教学参考书 实验教材：吴礼斌，李柏年，MATLAB数据分析方法（第2版），机械工业出版社， 2017.2. 六、其他需说明的 大纲修订人：杨志华 修订日期：2020.12.19. 大纲审定者：许波 审定日期：2022年1月
进行聚类，并建立最佳聚类数公式；④运用 C 模糊均值聚类，并建立最佳聚类数 公式； 实验性质：验证性 实验学时：2 实验目的与要求：掌握利用 MATLAB 计算谱系聚类与 K 均值聚类的函数；掌握模 糊 C 均值聚类与模糊减法聚类的 MATLAB 实现；掌握最优聚类数的理论及其实现。 实验条件：Windows Xp 及以上操作系统，MATLAB 2012 研究与思考：综合分析以上不同聚类法所取得的聚类结果，能得到什么结论。 四、考核方式 考查 五、推荐实验教材和教学参考书 实验教材：吴礼斌，李柏年， MATLAB 数据分析方法（第 2 版），机械工业出版社， 2017.2. 六、其他需说明的 大纲修订人： 杨志华 修订日期: 2020.12.19. 大纲审定者： 许波 审定日期: 2022 年 1 月