《人工智能》实验教学大纲一、课程基本信息课程名称：人工智能Artificial Intelligence课程代码：06E7050B课程类别：专业拓展选修课适用专业：数字媒体技术专业课程学时：32学时（含实验14学时）课程学分：1.5学分修读学期：第2学期先修课程：离散数学、数据结构、操作系统、程序设计基础二、实验课程的性质、目标和任务《人工智能实验》是配合《人工智能》开设的实验课程。通过实验教学过程，使学生理解人工智能的基本原理，掌握常用的知识表示方法、确定性推理方法以及状态空间搜索等，理解机器学习、专家系统以及自然语言理解等知识，学会使用相应工具进行人工智能方法的设计与实现，从而进一步理解人工智能课程中所讲授的理论知识。要求学生在理解人工智能理论及方法的基础上，应具有设计、实现和分析等方面的能力。通过本实验课程的训练，使学生熟练掌握人工智能的基本原理和方法，加深对各方法涉及的基础知识的认识，强化编程技能，培养创新能力。三、实验课程教学基本要求本实验的教学环节包括教师实验演示，以学生动手实验为主，辅以适当的提问、小组讨论及实验点评等。通过上述教学步骤，使学生熟练掌握人工智能的基本原理和方法，加深对各方法涉及的基础知识的认识，强化编程技能，培养创新能力。四、实验教学内容及要求实验一Python语言安装及JupyterNotebook的使用【实验类型】验证性【目的与要求】熟悉人工智能程序设计语言Python语言的特点和安装过程，掌握Python语言编程1
1 《人工智能》实验教学大纲 一、课程基本信息 课程名称：人工智能 Artificial Intelligence 课程代码：06E7050B 课程类别：专业拓展选修课 适用专业：数字媒体技术专业 课程学时：32 学时（含实验 14 学时） 课程学分：1.5 学分 修读学期：第 2 学期 先修课程：离散数学、数据结构、操作系统、程序设计基础 二、实验课程的性质、目标和任务 《人工智能实验》是配合《人工智能》开设的实验课程。通过实验教学过程，使学 生理解人工智能的基本原理，掌握常用的知识表示方法、确定性推理方法以及状态空间 搜索等，理解机器学习、专家系统以及自然语言理解等知识，学会使用相应工具进行人 工智能方法的设计与实现，从而进一步理解人工智能课程中所讲授的理论知识。要求学 生在理解人工智能理论及方法的基础上，应具有设计、实现和分析等方面的能力。通过 本实验课程的训练，使学生熟练掌握人工智能的基本原理和方法，加深对各方法涉及的 基础知识的认识，强化编程技能，培养创新能力。 三、实验课程教学基本要求 本实验的教学环节包括教师实验演示，以学生动手实验为主，辅以适当的提问、小 组讨论及实验点评等。通过上述教学步骤，使学生熟练掌握人工智能的基本原理和方法， 加深对各方法涉及的基础知识的认识，强化编程技能，培养创新能力。 四、实验教学内容及要求 实验一 Python 语言安装及 Jupyter Notebook 的使用 【实验类型】 验证性 【目的与要求】 熟悉人工智能程序设计语言 Python 语言的特点和安装过程，掌握 Python 语言编程
环境JupyterNotebook的使用。【内容提要】熟悉人工智能程序设计语言Python语言的特点及其安装过程，掌握Python语言编程环境JupyterNotebook的安装和使用。【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件实验二Python基本控制结构及其函数的使用（“水仙花"数的鉴别）【实验类型】验证性【目的与要求】掌握Python的基本语法，掌握程序的三种基本控制结构和函数的使用。【内容提要】掌握Python的基本语法，掌握程序的三种基本控制结构和函数的定义，并通过具体的实例编程：“水仙花”数的鉴别，来达到对上述知识点融会贯通的效果。【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件实验三产生式系统的实现【实验类型】设计性【目的与要求】理解谓词逻辑知识表示的方法，掌握一阶谓词逻辑知识表示的基本原理，能够利用产生式表示法求解简单问题。【内容提要】运用知识表示方法，设计并编程实现一个小型动物识别系统，能识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、驼鸟、企鹅、信天翁等七种动物的产生式系统。该系统遵循下列规则库：rl：IF该动物有毛发THEN该动物是哺乳动物；r2：IF该动物有奶THEN该动物是哺乳动物；r3：IF该动物有羽毛THEN该动物是鸟；r4：IF该动物会飞AND会下蛋THEN该动物是鸟；r5：IF该动物吃肉THEN该动物是食肉动物；2
2 环境 Jupyter Notebook 的使用。 【内容提要】 熟悉人工智能程序设计语言 Python 语言的特点及其安装过程，掌握 Python 语言编 程环境 Jupyter Notebook 的安装和使用。 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件 实验二 Python 基本控制结构及其函数的使用（“水仙花”数的鉴别） 【实验类型】 验证性 【目的与要求】 掌握 Python 的基本语法，掌握程序的三种基本控制结构和函数的使用。 【内容提要】 掌握 Python 的基本语法，掌握程序的三种基本控制结构和函数的定义，并通过具 体的实例编程：“水仙花”数的鉴别，来达到对上述知识点融会贯通的效果。 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件 实验三 产生式系统的实现 【实验类型】 设计性 【目的与要求】 理解谓词逻辑知识表示的方法，掌握一阶谓词逻辑知识表示的基本原理，能够利用 产生式表示法求解简单问题。 【内容提要】 运用知识表示方法，设计并编程实现一个小型动物识别系统，能识别虎、金钱豹、 斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁等七种动物的产生式系统。该系统遵循下列规则库： r1： IF 该动物有毛发 THEN 该动物是哺乳动物； r2： IF 该动物有奶 THEN 该动物是哺乳动物； r3： IF 该动物有羽毛 THEN 该动物是鸟； r4： IF 该动物会飞 AND 会下蛋 THEN 该动物是鸟； r5： IF 该动物吃肉 THEN 该动物是食肉动物；
r6：IF该动物有犬齿AND有爪AND眼町前方THEN该动物是食肉动物；r7：IF该动物是哺乳动物AND有蹄THEN该动物是有蹄类动物；r8：IF该动物是哺乳动物AND是反急动物THEN该动物是有蹄类动物r9：IF该动物是哺乳动物AND是食肉动物AND是黄褐色AND身上有暗斑点THEN该动物是金钱豹；r1O：IF该动物是哺乳动物AND是食肉动物AND是黄褐色AND身上有黑色条纹THEN该动物是虎；rII：IF该动物是有蹄类动物AND有长脖子AND有长腿AND身上有暗斑点THEN该动物是长颈鹿；r12：IF该动物有蹄类动物AND身上有黑色条纹THEN该动物是斑马：rI3：IF该动物是鸟AND有长脖子AND有长腿AND不会飞AND有黑白二色THEN该动物是驼鸟；rI4：IF该动物是鸟AND会游泳AND不会飞AND有黑白二色THEN该动物是企鹅；r15：IF该动物是鸟AND善飞THEN该动物是信天翁。要求给定初始条件，能识别出是哪种动物：比如，已知初始事实存放在综合数据库中：暗斑点，长脖子，长腿，奶，蹄运行后得该动物是：长颈鹿【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件实验四搜索技术解决八数码问题【实验类型】设计性【自的与要求】掌握搜索技术的策略，了解不同搜索方法的特点，掌握盲目搜索和启发式搜索的过程，并能够对实际问题提供有效的解决方案。【内容提要】编写图搜索算法程序，解决八数码问题。【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件3
3 r6： IF 该动物有犬齿 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 该动物是食肉动物； r7： IF 该动物是哺乳动物 AND 有蹄 THEN 该动物是有蹄类动物； r8： IF 该动物是哺乳动物 AND 是反刍动物 THEN 该动物是有蹄类动物； r9： IF 该动物是哺乳动物 AND 是食肉动物 AND 是黄褐色 AND 身上有暗斑点 THEN 该动物是金钱豹； r10：IF 该动物是哺乳动物 AND 是食肉动物 AND 是黄褐色 AND 身上有黑色条 纹 THEN 该动物是虎； r11：IF 该动物是有蹄类动物 AND 有长脖子 AND 有长腿 AND 身上有暗斑点 THEN 该动物是长颈鹿； r12：IF 该动物有蹄类动物 AND 身上有黑色条纹 THEN 该动物是斑马； r13：IF 该动物是鸟 AND 有长脖子 AND 有长腿 AND 不会飞 AND 有黑白二色 THEN 该动物是鸵鸟； r14：IF 该动物是鸟 AND 会游泳 AND 不会飞 AND 有黑白二色 THEN 该动物 是企鹅； r15：IF 该动物是鸟 AND 善飞 THEN 该动物是信天翁。 要求给定初始条件，能识别出是哪种动物：比如，已知初始事实存放在综合数据库 中： 暗斑点，长脖子，长腿，奶，蹄 运行后得该动物是：长颈鹿 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件 实验四 搜索技术解决八数码问题 【实验类型】 设计性 【目的与要求】 掌握搜索技术的策略，了解不同搜索方法的特点，掌握盲目搜索和启发式搜索的过 程，并能够对实际问题提供有效的解决方案。 【内容提要】 编写图搜索算法程序，解决八数码问题。 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件
实验五K最近邻算法对生成数据集的聚类实现【实验类型】综合性【目的与要求】理解聚类的思想及其特点，掌握K-means方法的原理及其过程，能够编写解决实际问题的程序。【内容提要】给定一个生成数据集，利用K最近邻算法对生成数据集进行有效地分类，进而对聚类这种无监督学习的方法有更深的了解和体会。【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件实验六朴素贝叶斯判断肿瘤恶良性的实现【实验类型】综合性【目的与要求】掌理解聚类的思想及其特点，掌握朴素贝叶斯方法的原理及其过程，能够编写解决实际问题的程序对客观事物进行分类判别。【内容提要】给定一组患有肿瘤疾病的病人数据集，通过数据预处理后，利用朴素贝叶斯算法对患有肿瘤疾病的病人的患病程度进行有效判别，进而对聚类这种有监督学习的方法有更深的了解和认识。【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件实验七神经网络对MNIST数据集进行图像识别的实现【实验类型】综合性【目的与要求】掌理神经网络的结构、特点及其原理，能够编写解决实际问题的程序对客观事物进行分类识别。4
4 实验五 K 最近邻算法对生成数据集的聚类实现 【实验类型】 综合性 【目的与要求】 理解聚类的思想及其特点，掌握 K-means 方法的原理及其过程，能够编写解决实际 问题的程序。 【内容提要】 给定一个生成数据集，利用 K 最近邻算法对生成数据集进行有效地分类，进而对聚 类这种无监督学习的方法有更深的了解和体会。 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件 实验六 朴素贝叶斯判断肿瘤恶良性的实现 【实验类型】 综合性 【目的与要求】 掌理解聚类的思想及其特点，掌握朴素贝叶斯方法的原理及其过程，能够编写解决 实际问题的程序对客观事物进行分类判别。 【内容提要】 给定一组患有肿瘤疾病的病人数据集，通过数据预处理后，利用朴素贝叶斯算法对 患有肿瘤疾病的病人的患病程度进行有效判别，进而对聚类这种有监督学习的方法有更 深的了解和认识。 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件 实验七 神经网络对 MNIST 数据集进行图像识别的实现 【实验类型】 综合性 【目的与要求】 掌理神经网络的结构、特点及其原理，能够编写解决实际问题的程序对客观事物进 行分类识别
【内容提要】给定一组MNIST图像数据集，通过数据预处理后，构建神经网络模型，通过该模型的训练后，对上述图像进行有效识别，进而对神经网络这种深度学习方法有更深的了解和认识。【所需主要仪器设备】微型计算机、Python软件五、实验学时分配《人工智能》课程实验教学一览表实验学是否为开序号实验项目名称实验类型备注所需主要仪器设备必做/选做时放实验Python语言安装及Jupyter验证性12计算机、Python软件必做Notebook的使用Python基本控制结构及其否2函数的使用（"水仙花"数的2验证性计算机、Python软件必做鉴别）是32设计性必做产生式系统的实现计算机、Python软件42设计性否搜索技术解决八数码问题计算机、Python软件必做K最近邻算法对生成数据否52综合性必做计算机、Python软件集的聚类实现朴素贝叶斯判断肿瘤恶良香62综合性计算机、Python软件选做性的实现神经网络对MNIST数据集香2综合性计算机、Python软件选做7进行图像识别的实现六、所在实验室及主要仪器设备（一）实验室名称：软件实验室（二）主要仪器设备：微型计算机、Python软件七、课程资源（一）建议选用教材李德毅等，《人工智能导论》，中国科学技术出版社，2018年8月。（二）主要参考书目[1]廉师友，《人工智能技术导论》（第二版），西安电子科技大学出版社,2002年。[2]张仰森,黄改娟，《人工智能教程》，高等教育出版社,2008年。[3]StuartRussell等，《人工智能一一种现代化方法》，人民邮电出版社,2004年。[4]蔡自兴等，《人工智能及其应用》（第5版），清华大学出版社,2016年7月。八、课程考核方式与成绩评定考核方式：考查。该实验课作为本门课程的平时成绩部分，占平时总成绩的40%：5
5 【内容提要】 给定一组 MNIST 图像数据集，通过数据预处理后，构建神经网络模型，通过该模 型的训练后，对上述图像进行有效识别，进而对神经网络这种深度学习方法有更深的了 解和认识。 【所需主要仪器设备】 微型计算机、Python 软件 五、实验学时分配 《人工智能》课程实验教学一览表 序号 实验项目名称 实验学 时 实验类型 所需主要仪器设备 必做/选做 是否为开 放实验 备注 1 Python 语言安装及 Jupyter Notebook 的使用 2 验证性 计算机、Python 软件 必做 否 2 Python 基本控制结构及其 函数的使用（“水仙花”数的 鉴别） 2 验证性 计算机、Python 软件 必做 否 3 产生式系统的实现 2 设计性 计算机、Python 软件 必做 是 4 搜索技术解决八数码问题 2 设计性 计算机、Python 软件 必做 否 5 K 最近邻算法对生成数据 集的聚类实现 2 综合性 计算机、Python 软件 必做 否 6 朴素贝叶斯判断肿瘤恶良 性的实现 2 综合性 计算机、Python 软件 选做 否 7 神经网络对 MNIST 数据集 进行图像识别的实现 2 综合性 计算机、Python 软件 选做 否 六、所在实验室及主要仪器设备 （一）实验室名称：软件实验室 （二）主要仪器设备：微型计算机、Python 软件 七、课程资源 （一）建议选用教材 李德毅等,《人工智能导论》,中国科学技术出版社，2018 年 8 月。 （二）主要参考书目 [1]廉师友,《人工智能技术导论》（第二版）,西安电子科技大学出版社,2002 年。 [2]张仰森,黄改娟,《人工智能教程》,高等教育出版社,2008 年。 [3]Stuart Russell 等,《人工智能—一种现代化方法》,人民邮电出版社,2004 年。 [4]蔡自兴等,《人工智能及其应用》（第 5 版）,清华大学出版社,2016 年 7 月。 八、课程考核方式与成绩评定 考核方式：考查。该实验课作为本门课程的平时成绩部分，占平时总成绩的 40%；
根据学生实验平时表现和实验报告情况，综合给出每项实验的分数。制订：数学与信息技术学院教研室：计算机工程教研室执笔人：李奋华审订人：杨晓敏6
6 根据学生实验平时表现和实验报告情况，综合给出每项实验的分数。 制 订：数学与信息技术学院 教研室：计算机工程教研室 执笔人：李奋华 审订人：杨晓敏