人工智能与社会电子教案 第五章 人工智能与博弈 第1节教案

教案课程名称：人工智能与社会授课专业、班级：202X级XX专业开课院部：授课教师：XX授课时间：学年第2学期单元教案第5章：人工智能与博弈第1节：机器学习概述授课时数：1教学目标：教学重点和难点：大数据的相关组件：重点掌握机器学期的种类和内容课程思政教学内容：通过机器学习，提出降本增效教学方法：讲授教学内容：5.1.1机器学习的种类及内容机器学习（machinelearning）是概率论、统计学、计算理论、最优化方法，以及计算机科学组成的交叉学科，其主要的研究对象是如何从经验中学习并改善具体算法的性能。目前，人们通常所说的“机器学习”大致包含四大类：监督学习（supervisedlearning）、无监督学习（unsupervisedlearning）、半监督学习（semi-supervisedlearning）和强化学习（reinforcementlearning）5.1.2监督学习监督学习（supervisedlearning）是指，利用一组已知类别的样本调整分类器的参数，使其达到所要求性能的过程，也称为监督训练或有教师学习。监督学习是从标记的训练数据来推断一个功能的机器学习任务。训练数据包括一套训练示例。在监督学习中，每个实例都是由一个输入对象（通常为矢量）和一个期望的输出值（也称为监督信号）组成。监督学习算法是分析该训练数据，并产生一个推断的功能，其可以用于映射出新的实例。一个最佳的方案将允许该算法来正确地决定那些看不见的实例的类标签。这就要求学习算法是在一种“合理”的方式从一种从训练数据到看不见的情况下形成。5.1.3无监督学习无监督学习（unsupervisedlearning），顾名思义就是无须给出监督数据，进行机器学习的方法。通常，根据不同目的可以选择利用监督学习或者无监督学习，由于两种学习方式适用的学习目的不同，因此有必要对两者之间的差异加以了解。现实生活中常常会有这样的问题：缺乏足够的先验知识，因此难以人工标注类别或进行人工类别标注的成本太高。很自然地，我们希望计算机能完成这些工作，或至少提供一些帮助。根据类别未知的或者说是没有被标记的训练样本解决模式识别中的各种问题。5.1.4半监督学习半监督学习（semi-supervisedlearning,SSL）是模式识别和机器学习领域研究的重点问题，是监督学习与无监督学习相结合的一种学习方法。半监督学习使用大量的未标记数据，以及同时使用标记数据，来进行模式识别工作。当使用半监督学习时，将会要求尽量少的人员来从事工作，同时，又能够带来比较高的准确性，因此，半监督学习越来越受到人们的重视。半监督学习使用的数据一部分是标记过的，而大部分是没有标记的。和监督学习相比较，半监督学习的成本较低，但是又能达到较高的准确度。综合利用有类标的和没有类标的数据，来生成合适的分类函数5.1.5强化学习强化学习（reinforcementlearning）即对某种状态下的各种行动进行评价，并借此主动学习更好的行动方式。尤其在近几年颇受关注的围棋象棋比赛中，强化学习在控制机器人行动方面发挥了较高的性能。与监督学习和无监督学习相比，强化学习是一种稍显复杂的方法。强化学习也是使用未标记的数据，但是可以通过一些方法知道是离正确答案越来越近还是越来越远（奖惩函数）。可以把奖惩函数看作正确答案的一个延迟、稀疏的形式。可以得到一个延迟的反馈，并且只有提示是离答案越来越近还是越来越远。与监督学习不同，强化学习不会给出明确的答案（监督数据），但是人类会给予其行动的选项，以及判断该行动是否合理的基准。计算机再在这一范围内反复进行试验。因此，类似围棋和象棋这样具有固定规则，且人类能给出相关评价标准的对象是比较适合的，倘若无法给予固定规则，则计算机无法给出解决方案。课后拓展练习：思考：应在什么时候使用监督学习、无监督学习和强化学习？教学总结：帮助同学们了解机器学习的种类，能够区分各种类型的机器学习注：教案以每次课为单元进行编写（自行调整表格大小）

单元教案第5章：人工智能与博弈第2节：人机博弈的前世今生授课时数：1教学目标：了解人机博弈的历史，战况教学重点和难点：了解人机博弈中人工智能的关键技术课程思政教学内容：通过人工智能的学习，强调学习的重要性教学方法：讲授教学内容：5.2.1半个世纪前的西洋跳棋AI程序击败人类选手1．西洋跳棋的玩法西洋跳棋又称国际跳棋，是一种在8×8=64（格）的两色相间的棋盘上进行的技巧游戏，以吃掉或堵住对方所有棋子去路为胜利。2．人机博弈大战回顾1956年2月24日，萨缪尔在IBM704计算机上设计的西洋跳棋程序和美国康涅狄格州的西洋跳棋冠军选手进行公开对抗赛，西洋跳棋程序取胜。1959年，萨缪尔设计的西洋跳棋程序击败了萨缪尔本人。1962年6月12日，萨缪尔在IBM7090计算机上设计的西洋跳棋程序击败了罗伯特·尼雷。3．阿瑟·萨缪尔阿瑟·萨缪尔，1901年出生于美国堪萨斯州的恩波利亚。1923年大学毕业后进入麻省理工学院读研究生，1926年取得硕士学位并留校工作。两年后加入贝尔实验室从事电子器件和雷达技术的研究。西洋跳棋人工智能程序的核心技术（重点）西洋跳棋人工智能程序的核心技术是通过自我对弈来学习评价函数5.2.2IBM深蓝战胜国际象棋世界冠军1．国际象棋2．国际象棋人机博弈历史回顾3．卡斯帕罗夫与“深蓝”4．“深蓝”的成功秘诀（重点）“深蓝”在硬件上将通用计算机处理器与象棋加速芯片相结合，采用混合决策的方法及在通用处理器上执行运算分解任务，交给国际象棋加速芯片并行处理复杂的棋布自动推理，然后将推理得到的可能行棋方案结果返回通用处理器，最后由通用处理器决策出最终的行棋方案。九七型“深蓝”与九六型相比，运算速度差不多提高了两倍，国际象棋加速芯片的升级功不可没。升级后的国际象棋加速芯片能够从棋局中抽取更多的特征，并在有限的时间内计算出当前盘面往后12步甚至20步行棋方案，从而让深蓝更准确地评估盘面整体局势。5.2.3AlphaGo战胜围棋世界冠军李世石1．围棋人工智能比国际象棋人工智能高深在哪2．阿尔法围棋与世界围棋冠军李世石的大战3．谷歌DeepMind4．阿尔法围棋的核心技术阿尔法围棋的核心技术是将深度学习、强化学习和蒙特卡洛树搜索有机整合起来，使其既具有围棋的局部战斗能力，又具备围棋的全局观。5.2.4星际争霸的大师级玩家AlphaStar1.不完全信息博弈游戏的新挑战与国际象棋或围棋不同，星际玩家面对的是“不完美信息博弈”。在玩家做决策之前，围棋棋盘上所有的信息都能直接看到。而游戏中的“战争迷雾”却让你无法看到对方的操作、阴影中有哪些单位。这意味着玩家的规划、决策、行动，要一段时间后才能看到结果。这类问题在现实世界中具有重要意义。为了获胜，玩家必须在宏观战略和微观操作之间取得平衡。平衡短期和长期目标并适应意外情况的需要，对脆弱和缺乏灵活性的系统构成了巨大挑战。2．AlphaStar的成长2011年3月，DeepMind创始人DemisHassabis提出了人工智能挑战星际争霸的目标。2016年11月5日，暴雪宣布与DeepMind团队在星际争霸2领域展开合作。2017年8月10日，暴雪宣布挑选出十万份匿名玩家的比赛录像进行数据支撑。2018年6月，DeepMind公布星际争霸的人工智能最新研究成果，深度学习进行中。2019年1月25日，AlphaStar首次公开亮相，11战10胜。3．AlphaStar的核心负责人OriolVinyals4．AlphaStar技术框架的新突破（重点）AlphaStar学会打星际全靠深度神经网络，这个网络从原始游戏界面接收数据，这是输入过程，然后输出一系列指令，组成游戏中的某一个动作。这个神经网络经过了监督学习和强化学习的训练。（1）深度学习+强化学习框架（2）基于LTSM的长短时记忆强化学习训练课后拓展练习：脑科学——未来类人智能教学总结：通过各种棋类的人机博弈历史，了解人工智能的机器学习应用。注：教案以每次课为单元进行编写（自行调整表格大小）

单元教案第5章：人工智能与博弈第3节：人工智能助力天气预测授课时数：1教学目标：了解人工智能在精细化预报业务中的应用教学重点和难点：了解人工智能技术如何增强天气预报的智能化和精准性课程思政教学内容：精准的天气预报对抗震救灾，提升生活质量都有重要的作用教学方法：讲授教学内容：5.3.1天气预报发展现状天气预报的发展，经历了从定性预报、描述性预报向数字化、网格化预报的过程。比如，我国气象部门原来发布的城镇天气预报，内容只包括2400多个城镇的天气现象、高低温和风速风向预报，频次也只是一天三次，预报的时间精度和空间精度不够高。5.3.2人工智能对天气预报的影响（重点）1．增强天气预报的智能化2．提高预测结果精准性3．缩小测量数据偏差5.3.3人工智能助力天气预测的应用案例1．防汛：“科技大脑”智慧决策2．为农业赋予人工智能课后拓展练习：思考：人工智能预报天气是否跟人类预报员存在竞争教学总结：了解人工智能在天气预报业务中的作用，通过案例的讲解，让学生们对人工智能在灾害预警，农作物生产过程中助理应用有充分的了解。注：教案以每次课为单元进行编写（自行调整表格大小）

单元教案第5章：人工智能与博弈第4节：人工智能与电子商务授课时数：1教学目标：了解人工智能在电子上午中的应用；了解智能推荐的技术原理；了解信息茧房、大数据杀熟等教学重点和难点：人工智能在电子商务中的应用课程思政教学内容：通过智能推荐技术讲解，提倡理性消费教学方法：讲授教学内容：5.4.1智能推荐推荐系统主要有三个重要的模块：用户建模模块、推荐对象建模模块和推荐算法模块。5.4.2人工智能在电子商务中的应用（重点）1．智能推荐引擎2．图片智能搜索3．人工智能客服4．库存智能预测5．货物智能分拣6．理解趋势和读懂消费者5.4.3“信息茧房”与“大数据杀熟”1．数据分析画出“用户画像”2．过度迎合用户形成“信息茧房”3．大数据杀熟4．“大数据杀熟”的技术隐忧课后拓展练习：思考：“大数据杀熟”如何监管与治理教学总结：通过案例讲解，让同学们了解了人工智能技术在电子商务中的应用。注：教案以每次课为单元进行编写（自行调整表格大小）

单元教案第5章：人工智能与博弈第5节：人工智能助力宇宙探索授课时数：1教学目标：了解人工智能在宇宙探索中的应用教学重点和难点：人工智能技术在月球地图绘制和助力我国天眼的应用课程思政教学内容：通过我国在宇宙探索中的案例，增强民族自信心教学方法：讲授教学内容：5.5.1人工智能帮助人类描绘月球地图利用人工智能研究月球表面的技术正在帮助天体物理学家绘制一幅更完整的月球地图。同时，人工智能也能实现对星球表面坑洼的鉴定及分类，让科学家更好地了解过往天体的运动状况5.5.2人工智能与中国天眼“中国天眼”（Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope,FAST）是我国为了深入观测宇宙而建造的大型地面射电望远镜，其单口径面积位居世界第一，达到5