课程编号： 180086081200P1001H-1
课时： 60
学分： 3.00
课程属性： 学科核心课
主讲教师： 黄庆明等
课程名称： 模式识别与机器学习23-24秋季
课程英文名称： Pattern Recognition and Machine Learning
教学目的、要求
本课程为计算机应用技术专业硕士研究生的专业核心课，同时也可作为计算机其它专业及电子、自动化等学科研究生的专业普及课。模式识别是研究用机器代替人去识别、辨识客观事物的学科,而机器学习则研究如何构造算法从数据中学习或对数据做出预测。二者均具有系统的理论和方法,并有着千丝万缕的联系，也都在近年来得到了广泛的应用，成为人工智能领域最热门的学科方向之一。本课程将讲述模式识别与机器学习的基本概念、基本理论和方法、关键算法原理以及典型应用情况。预期通过理论讲授与应用案例分析，为本学科研究生今后从事相关方向的深入研究打下坚实的理论基础，为其他学科的研究生应用相关方法和技术提供理论和实践指导。要求学生不仅能够切实掌握本课程的基本理论和方法，并能在解决实际问题时灵活应用所学知识。
预修课程
高等数学，线性代数，概率论与数理统计
教材
无
主要内容
- 第一章 概述 3学时 黄庆明
- 第1节 课程简介
- 第2节 模式识别和机器学习的基本概念
- 第3节 模式识别和机器学习发展简史
- 第4节 模式识别和机器学习方法
- 第5节 模式识别和机器学习系统
- 第6节 模式识别和机器学习应用
- 第7节 相关数学基础
- 第二章 生成式分类器 3学时 黄庆明
- 第1节 贝叶斯判别准则
- 第2节 最小风险判别
- 第3节 朴素贝叶斯分类器
- 第4节 概率分布参数估计（极大似然估计和贝叶斯估计）
- 第5节 正态分布模式的贝叶斯分类器
- 第6节 正态分布参数估计（均值和协方差矩阵）
- 第三章 判别式分类器 6学时 黄庆明
- 第1节 判别式分类器 vs. 生成式分类器
- 第2节 线性判别函数
- 第3节 广义线性判别函数
- 第4节 分段线性判别函数
- 第5节 Fisher线性判别
- 第6节 感知器算法
- 第7节 最小平方误差(LMSE)算法
- 第8节 决策树
- 第四章 特征提取 3学时 黄庆明
- 第1节 特征选择
- 第2节 特征变换
- 第五章 统计学习理论基础 3学时 苏荔
- 第1节 统计学习框架
- 第2节 经验风险与期望风险
- 第3节 测试误差估计
- 第4节 正则化方法
- 第5节 偏差—方差分析
- 第6节 统计学习理论
- 第六章 线性模型 3学时 苏荔
- 第1节 线性回归模型
- 第2节 逻辑回归模型
- 第七章 支持向量机 3学时 苏荔
- 第1节 线性支持向量机
- 第2节 软间隔的支持向量机
- 第3节 核方法支持向量机
- 第4节 支持向量回归
- 第八章 聚类 3学时 苏荔
- 第1节 无监督学习与有监督学习对比
- 第2节 距离计算
- 第3节 聚类算法的评价方法
- 第4节 经典聚类方法
- 第九章 降维 3学时 苏荔
- 第1节 线性降维技术
- 第2节 全局结构保持降维方法
- 第3节 局部结构保持降维方法
- 第十章 半监督学习 5学时 苏荔
- 第1节 自我训练
- 第2节 多视角学习
- 第3节 生成模型
- 第4节 S3VMs
- 第5节 基于图的算法
- 第6节 半监督聚类
- 第十一章 概率图模型 4学时 苏荔
- 第1节 有向概率图模型
- 第2节 无向概率图模型
- 第3节 学习和推断
- 第4节 经典概率图模型（HMM&CRF）
- 第十二章 集成学习 3学时 苏荔
- 第1节 Bagging和随机森林
- 第2节 Boosting和GBDT
- 第十三章 深度学习及应用 12学时 苏荔
- 第1节 人工神经网络的生物原型
- 第2节 生物视觉系统简介
- 第3节 卷积神经网络CNN源起与概述
- 第4节 典型卷积神经网络结构
- 第5节 循环神经网络
- 第6节 反向传播算法介绍
- 第7节 深度模型训练技巧
- 第8节 深度模型应用
- 第9节 深度学习新进展
- 第十四章 课程复习 3学时 苏荔
- 第1节 课程复习
- 第十五章 期末考试 3学时 苏荔
- 第1节 期末考试
参考用书
- 模式识别（模式识别与机器学习（第4版）） 张学工、汪小我 2021年9月
- 机器学习从原理到应用 卿来云、黄庆明 2020年10月
- 机器学习 周志华 2016年1月
- 统计学习方法（第2版） 李航 2019年5月
- 神经网络与深度学习 邱锡鹏 2020年5月
课程教师信息
- 黄庆明，中国科学院大学计算机科学与技术学院副院长、网络空间安全学院副院长（兼），教授（二级）、博士生导师，中国科学院计算技术研究所客座研究员、博士生导师，中国科学院信息工程研究所客座研究员、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者，百千万人才工程国家级人选并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受国务院政府特殊津贴。现为IEEE Fellow，IEEE CASS北京分会主席，CCF理事，CCF会士，CCF多媒体技术专业委员会副主任，中国图象图形学学会常务理事，北京图象图形学学会副理事长。 主要研究方向为模式识别、多媒体计算、图像与视频分析、计算机视觉、机器学习等，主持承担了国家科技创新2030-”新一代人工智能“重大项目、国家自然科学基金重点项目和重点国际合作项目、863课题、973课题等国家和省部级项目的研究工作，在国内外权威期刊和重要国际会议上发表学术论文500余篇，申请国内外发明专利50余项，相关研究成果多次获得省部级奖励。自2004年起先后讲授了“模式识别”、“模式识别在图像与视频分析中的应用”、“模式识别与机器学习”、“视觉信息学习与分析”等课程。
- 李国荣， 中国科学院大学计算机科学与技术学院，副教授，硕士生导师，中国科学院青促会会员。主要研究方向为图像与视频分析、多媒体内容分析与检索、模式识别等，已在CVPR、ECCV、ICCV、AAAI、ICDM、ACM Multimedia等相关国际权威会议和期刊上发表论文40余篇。作为项目负责人或研究骨干，参与了包括国家973课题、国家自然基金重点项目、国家自然科学基金国际合作；作为项目负责人，承担了国家自然基金面上和青年项目、中国博士后基金特等多项国家和省部级项目的研究。
- 苏荔，中国科学院大学计算机科学与技术学院，教授，博士生导师，中国计算机学会(CCF)多媒体专委会委员，中国图象图形学学会(CSIG)多媒体专委会委员，中国数字音视频编解码技术标准(AVS)工作组成员。主要研究方向为多媒体计算、模式识别与机器学习等。自2009年起先后主讲了我校“数字图像处理”、“模式识别‘、“模式识别与机器学习”、“多媒体技术”、“图像处理与计算机视觉”等研究生专业课程。