【学习教程】AI-Python机器学习与深度学习实践

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第一章   ChatGPT与DeepSeek等大语言模型助力AI编程必备技能详解

1、大语言模型提示词（Prompt）撰写技巧（为ChatGPT设定身份、明确任务内容、提供任务相关的背景、举一个参考范例、指定返回的答案格式等）

2、Cursor与Trae等AI编程开发环境简介与演示

3、利用ChatGPT和DeepSeek上传本地数据（Excel/CSV表格、txt文本、PDF、图片等）

4、利用ChatGPT和DeepSeek实现描述性统计分析（数据的频数分析：统计直方图；数据的集中趋势分析：数据的相关分析）

5、利用ChatGPT和DeepSeek实现数据预处理（数据标准化与归一化、数据异常值与缺失值处理、数据离散化及编码处理、手动生成新特征）代码自动生成运行

6、利用ChatGPT和DeepSeek实现代码逐行讲解

7、利用ChatGPT和DeepSeek实现代码Bug调试与修改

8、实操练习

第二章  Python基础知识串讲

1、Python环境搭建（Python软件下载、安装与版本选择；PyCharm下载、安装；Python之Hello World；第三方模块的安装与使用；Python 2.x与Python 3.x对比）

2、Python基本语法（Python变量命名规则；Python基本数学运算；Python常用变量类型的定义与操作；Python程序注释）

3、Python流程控制（条件判断；for循环；while循环；break和continue关键字；嵌套循环与可变循环）

4、Python函数与对象（函数的定义与调用；函数的参数传递与返回值；变量作用域与全局变量；对象的创建与使用）

5、Matplotlib的安装与图形绘制（设置散点、线条、坐标轴、图例、注解等属性；绘制多图；图的嵌套）

6、科学计算模块库（Numpy的安装；ndarray类型属性与数组的创建；数组索引与切片；Numpy常用函数简介与使用；Pandas常用函数简介与使用）

7、实操练习

第三章  PyTorch简介与环境搭建

1、深度学习框架概述（PyTorch、Tensorflow、Keras等）

2、PyTorch简介（PyTorch的版本、动态计算图与静态计算图、PyTorch的优点）

3、PyTorch的安装与环境配置（Pip vs. Conda包管理方式、验证是否安装成功、CPU版与GPU版的安装方法）

4、实操练习

第四章  PyTorch编程入门与进阶

1、张量（Tensor）的定义，以及与标量、向量、矩阵的区别与联系）

2、张量（Tensor）的常用属性与方法（dtype、device、layout、requires_grad、cuda等）

3、张量（Tensor）的创建（直接创建、从numpy创建、依据数值创建、依据概率分布创建）

4、张量（Tensor）的运算（加法、减法、矩阵乘法、哈达玛积（element wise）、除法、幂、开方、指数与对数、近似、裁剪）

5、张量（Tensor）的索引与切片

6、PyTorch的自动求导（Autograd）机制与计算图的理解

7、PyTorch常用工具包及API简介（torchvision（transforms、datasets、model）、torch.nn、torch.optim、torch.utils（Dataset、DataLoader））

8、实操练习

第五章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力统计分析与可视化

1、统计数据的描述与可视化（数据的描述性统计：均值、中位数、众数、方差、标准差、极差、四分位数间距等；条形图、直方图、散点图、箱线图等）

2、概率分布与统计推断（离散概率分布：二项分布、泊松分布；连续概率分布：正态分布、均匀分布、指数分布；点估计与区间估计；最大似然估计与贝叶斯估计；假设检验：t检验、卡方检验、F检验；P值与显著性水平等）

3、回归分析（多元线性回归模型；最小二乘法估计；变量选择与模型优化；多重共线性与解决方法；Ridge回归；LASSO回归；ElasticNet回归等）

4、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现统计分析与可视化代码的自动生成与运行

5、实操练习

第六章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力前向型神经网络

1、BP神经网络的基本原理（人工神经网络的分类有哪些？有导师学习和无导师学习的区别是什么？BP神经网络的拓扑结构和训练过程是怎样的？什么是梯度下降法？BP神经网络建模的本质是什么？）

2、BP神经网络的Python代码实现（怎样划分训练集和测试集？为什么需要归一化？归一化是必须的吗？什么是梯度爆炸与梯度消失？）

3、PyTorch代码实现神经网络的基本流程（Data、Model、Loss、Gradient）及训练过程（Forward、Backward、Update）

4、案例讲解：Linear模型、Logistic模型、Softmax函数输出、BP神经网络

5、值得研究的若干问题（隐含层神经元个数、学习率、初始权值和阈值等如何设置？什么是交叉验证？过拟合（Overfitting）与欠拟合(Underfitting)、泛化性能评价指标的设计、样本不平衡问题、模型评价与模型选择等）

6、利用ChatGPT和DeepSeek实现BP神经网络模型的代码自动生成与运行

7、实操练习

第七章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力决策树、随机森林、XGBoost与LightGBM

1、决策树的工作原理（微软小冰读心术的启示；什么是信息熵和信息增益？ID3算法和C4.5算法的区别与联系）；决策树除了建模型之外，还可以帮我们做什么事情？

2、随机森林的工作原理（为什么需要随机森林算法？广义与狭义意义下的“随机森林”分别指的是什么？“随机”体现在哪些地方？随机森林的本质是什么？怎样可视化、解读随机森林的结果？）

3、Bagging与Boosting的区别与联系

4、AdaBoost vs. Gradient Boosting的工作原理

5、常用的GBDT算法框架（XGBoost、LightGBM）

6、决策树、随机森林、XGBoost、LightGBM中的ChatGPT提示词库讲解

7、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现决策树、随机森林、XGBoost、LightGBM模型的代码自动生成与运行

8. 实操练习

第八章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力变量降维与特征选择

1、主成分分析（PCA）的基本原理

2、偏最小二乘（PLS）的基本原理

3、常见的特征选择方法（优化搜索、Filter和Wrapper等；前向与后向选择法；区间法；无信息变量消除法；正则稀疏优化方法等）

4、遗传算法（Genetic Algorithm, GA）的基本原理（以遗传算法为代表的群优化算法的基本思想是什么？选择、交叉、变异三个算子的作用分别是什么？）

5、SHAP法解释特征重要性与可视化（Shapley值的定义与计算方法、SHAP值的可视化与特征重要性解释）

6、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现变量降维与特征选择的代码自动生成与运行

7、实操练习

第九章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力卷积神经网络

1、深度学习简介（深度学习大事记：Model + Big Data + GPU + AlphaGo）

2、深度学习与传统机器学习的区别与联系（神经网络的隐含层数越多越好吗？深度学习与传统机器学习的本质区别是什么？）

2、卷积神经网络的基本原理（什么是卷积核、池化核？CNN的典型拓扑结构是怎样的？CNN的权值共享机制是什么？CNN提取的特征是怎样的？）

3、卷积神经网络的进化史：LeNet、AlexNet、Vgg-16/19、GoogLeNet、ResNet等经典深度神经网络的区别与联系

4、利用PyTorch构建卷积神经网络（Convolution层、Batch Normalization层、Pooling层、Dropout层、Flatten层等）

5、卷积神经网络调参技巧（卷积核尺寸、卷积核个数、移动步长、补零操作、池化核尺寸等参数与特征图的维度，以及模型参数量之间的关系是怎样的？）

6、案例讲解与实践：利用ChatGPT和DeepSeek实现卷积神经网络模型的代码自动生成与运行

（1）CNN预训练模型实现物体识别

（2）利用卷积神经网络抽取抽象特征

（3）自定义卷积神经网络拓扑结构

7、实操练习

第十章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力迁移学习

1、迁移学习算法的基本原理（为什么需要迁移学习？为什么可以迁移学习？迁移学习的基本思想是什么？）

2、基于深度神经网络模型的迁移学习算法

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现迁移学习的代码自动生成与运行

4、实操练习

第十一章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力生成式对抗网络

1、迁移学习算法的基本原理（为什么需要迁移学习？为什么可以迁移学习？迁移学习的基本思想是什么？）

2、基于深度神经网络模型的迁移学习算法

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现迁移学习的代码自动生成与运行

4、实操练习

第十二章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力RNN与LSTM

1、循环神经网络RNN的基本工作原理

2、长短时记忆网络LSTM的基本工作原理

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现LSTM神经网络模型的代码自动生成与运行

4、实操练习

第十三章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力时间卷积网络

1、时间卷积网络（TCN）的基本原理

2、TCN与1D CNN、LSTM的区别与联系

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现TCN模型的代码自动生成与运行

 1）时间序列预测：新冠肺炎疫情预测

 2）序列-序列分类：人体动作识别

4、实操练习

第十四章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力目标检测

1、什么是目标检测？目标检测与目标识别的区别与联系

2、YOLO模型的工作原理，YOLO模型与传统目标检测算法的区别

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现YOLO的代码自动生成与运行

（1）利用预训练好的YOLO模型实现目标检测（图像检测、视频检测、摄像头实时检测）

（2）数据标注演示（LabelImage使用方法介绍）

（3）训练自己的目标检测数据集

4、实操练习

第十五章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力自编码器

1、什么是自编码器（Auto-Encoder, AE）？

2、经典的几种自编码器模型原理介绍（AE、Denoising AE, Masked AE）

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现自编码器的代码自动生成与运行

（1）基于自编码器的噪声去除

（2）基于自编码器的手写数字特征提取与重构

（3）基于掩码自编码器的缺失图像重构

4、实操练习

第十六章  ChatGPT和DeepSeek等大语言模型助力U-Net语义分割

1、语义分割（Semantic Segmentation）简介

2、U-Net模型的基本原理

3、案例讲解：利用ChatGPT和DeepSeek实现U-Net语义分割模型的代码自动生成与运行

4、实操练习

第十七章  复习与答疑讨论

1、课程相关资料拷贝与分享

2、答疑与讨论（大家提前把问题整理好）