《Python＋機器學(xué)習(xí)＋深度學(xué)習(xí)人工智能系列課程》簡介

本課程是一套面向人工智能入門及進階學(xué)習(xí)者的系統(tǒng)性實戰(zhàn)課程，以 “基礎(chǔ)工具→核心理論→框架應(yīng)用→項目落地” 為邏輯主線，全面覆蓋 Python 編程、計算機視覺、深度學(xué)習(xí)核心算法及實戰(zhàn)開發(fā)技能。課程通過六天循序漸進的內(nèi)容設(shè)計，從零基礎(chǔ)逐步過渡到復(fù)雜模型開發(fā)，助力學(xué)習(xí)者掌握從數(shù)據(jù)處理到人工智能應(yīng)用落地的完整技術(shù)鏈條，尤其聚焦計算機視覺領(lǐng)域的核心技術(shù)與實戰(zhàn)能力培養(yǎng)。

一、課程定位與目標(biāo)

本課程專為希望入門人工智能、計算機視覺方向的學(xué)習(xí)者設(shè)計，無論是零基礎(chǔ)編程愛好者、高校學(xué)生，還是希望轉(zhuǎn)型 AI 領(lǐng)域的技術(shù)從業(yè)者，都能通過課程系統(tǒng)掌握：

Python 編程核心語法與數(shù)據(jù)處理能力；

圖像處理基礎(chǔ)技術(shù)與 OpenCV 工具應(yīng)用；

深度學(xué)習(xí)核心理論（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像分割等）；

主流框架 PyTorch 的實戰(zhàn)開發(fā)能力；

從數(shù)據(jù)預(yù)處理到模型訓(xùn)練、部署的完整項目開發(fā)流程；

主流 AI 應(yīng)用場景（圖像識別、OCR、語義分割等）的解決方案設(shè)計與實現(xiàn)。

二、核心內(nèi)容模塊詳解

模塊一：Python 基礎(chǔ)與工具準(zhǔn)備（第一天）

課程開篇從人工智能開發(fā)的 “地基” 入手，夯實 Python 編程基礎(chǔ)，確保學(xué)習(xí)者具備后續(xù)技術(shù)學(xué)習(xí)的工具能力。

環(huán)境搭建與核心工具：涵蓋 Python 環(huán)境配置、庫安裝工具（pip）、Notebook 與 IDE 使用，為開發(fā)環(huán)境保駕護航；

Python 核心語法：系統(tǒng)講解數(shù)值運算、字符串操作、索引結(jié)構(gòu)、列表（List）、字典（Dictionary）、集合（Set）等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，深入解析賦值機制、判斷結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)等控制邏輯，以及函數(shù)定義、模塊與包管理、異常處理、文件操作等核心編程技能；

面向?qū)ο蠡�礎(chǔ)：介紹類的定義與屬性操作，為后續(xù)框架源碼理解奠定基礎(chǔ)；

實戰(zhàn)鞏固：通過 3 組針對性練習(xí)題，強化語法應(yīng)用能力，確保學(xué)習(xí)者熟練掌握 Python 編程范式。

模塊二：OpenCV 圖像處理與實戰(zhàn)（第二天）

聚焦計算機視覺基礎(chǔ)工具 OpenCV 的應(yīng)用，從圖像底層原理到實戰(zhàn)項目，構(gòu)建圖像處理核心能力。

圖像處理基礎(chǔ)：解析 “計算機眼中的圖像” 本質(zhì)，講解圖像讀取與顯示、視頻處理、ROI（感興趣區(qū)域）提取、邊界填充等基礎(chǔ)操作，掌握圖像數(shù)值計算邏輯；

形態(tài)學(xué)操作：深入講解腐蝕、膨脹、開運算、閉運算、梯度計算、禮帽與黑帽等形態(tài)學(xué)處理技術(shù)，理解圖像噪聲去除、輪廓提取的底層邏輯；

特征提取與增強：涵蓋 Sobel、Scharr、Laplacian 等梯度算子，圖像閾值處理、高斯濾波、中值濾波等平滑技術(shù)，以及 Canny 邊緣檢測的完整流程（非極大值抑制、邊緣連接等）；

高級技術(shù)：講解圖像金字塔構(gòu)建、輪廓檢測與特征分析、模板匹配等進階方法；

項目實戰(zhàn)：通過 “信用卡數(shù)字識別” 和 “文檔掃描 OCR 識別” 兩個項目，綜合應(yīng)用圖像處理技術(shù)。前者實現(xiàn)數(shù)字模板匹配與識別全流程，后者涵蓋文檔輪廓提取、透視變換、Tesseract-OCR 配置與文字識別，讓學(xué)習(xí)者體驗從技術(shù)到應(yīng)用的落地過程。

模塊三：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（第三天）

搭建深度學(xué)習(xí)理論框架，解析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心原理與訓(xùn)練邏輯。

深度學(xué)習(xí)入門：明確深度學(xué)習(xí)的核心目標(biāo)（解決復(fù)雜非線性問題）、應(yīng)用領(lǐng)域（計算機視覺、自然語言處理等），聚焦計算機視覺任務(wù)類型（分類、檢測、分割等）及常見挑戰(zhàn)；

核心原理：詳解得分函數(shù)（模型輸出與標(biāo)簽映射）、損失函數(shù)（模型優(yōu)化目標(biāo)）、前向傳播（數(shù)據(jù)流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算流程）、反向傳播（梯度計算與參數(shù)更新）的數(shù)學(xué)邏輯與實現(xiàn)方法；

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計：分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、神經(jīng)元數(shù)量對模型性能的影響，講解正則化（防止過擬合）、激活函數(shù)（引入非線性能力）等關(guān)鍵技術(shù)，以及過擬合的解決策略（數(shù)據(jù)增強、早停、正則化等）。

模塊四：PyTorch 框架入門（第四天）

聚焦主流深度學(xué)習(xí)框架 PyTorch 的實戰(zhàn)應(yīng)用，掌握模型構(gòu)建與訓(xùn)練的核心工具。

框架基礎(chǔ)：介紹 PyTorch 的發(fā)展優(yōu)勢、環(huán)境配置（CPU/GPU 版本），詳解張量（Tensor）操作、自動求導(dǎo)機制（Autograd）等核心特性；

基礎(chǔ)任務(wù)實踐：通過線性回歸案例，演示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模型定義、訓(xùn)練流程（損失計算、優(yōu)化器更新）的完整鏈路；

數(shù)據(jù)處理工具：講解 DataSet 模塊的作用與應(yīng)用，掌握自定義數(shù)據(jù)集的構(gòu)建方法；

項目實戰(zhàn)：以 “氣溫預(yù)測” 項目為例，完整演示從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)預(yù)處理到模型訓(xùn)練與預(yù)測的全流程，強化框架應(yīng)用能力。

模塊五：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）與圖像識別（第五天）

深入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)，掌握圖像識別的模型設(shè)計與實戰(zhàn)開發(fā)。

CNN 核心原理：解析卷積操作的本質(zhì)（特征提取）、特征值計算方法、步長與卷積核大小對特征圖的影響，講解邊緣填充（Padding）、參數(shù)共享等關(guān)鍵機制；

網(wǎng)絡(luò)組件：詳解池化層（下采樣與特征聚合）、經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（VGG、ResNet）的設(shè)計邏輯，分析殘差連接解決的 “梯度消失” 問題，理解感受野對特征提取的意義；

實戰(zhàn)技能：掌握遷移學(xué)習(xí)策略（加載預(yù)訓(xùn)練模型、微調(diào)適配新任務(wù)）、數(shù)據(jù)增強（提升模型泛化能力）、Batch 數(shù)據(jù)制作等工程技巧；

項目實戰(zhàn)：通過 “基于 CNN 的圖像識別模型”“花朵識別模型” 等項目，完整實現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)參數(shù)定義、數(shù)據(jù)集配置、圖像增強、模型訓(xùn)練到預(yù)測部署的全流程，并解讀 ResNet 論文與架構(gòu)細節(jié)，強化理論與實踐結(jié)合能力。

模塊六：圖像分割進階與實戰(zhàn)（第六天）

聚焦圖像分割前沿技術(shù)，深入主流算法與實戰(zhàn)落地，覆蓋語義分割、實例分割等復(fù)雜任務(wù)。

分割任務(wù)基礎(chǔ)：區(qū)分語義分割與實例分割目標(biāo)，講解 MIOU 評估標(biāo)準(zhǔn)，解析分割任務(wù)中的損失函數(shù)設(shè)計；

主流分割算法：

U-Net 系列：詳解編碼 - 解碼架構(gòu)、特征融合邏輯，以及 U-Net 升級版本的改進策略；

DeepLab 系列：解析空洞卷積（擴大感受野）、SPP 層（多尺度特征融合）、ASPP 模塊原理，深入 DeepLabV3Plus 架構(gòu)細節(jié)；

Mask R-CNN：解讀 FPN 層特征提取、RPN 層候選框生成、RoIAlign 操作等核心模塊，掌握實例分割的完整流程；

數(shù)據(jù)與工具：介紹 PascalVoc 等經(jīng)典數(shù)據(jù)集，講解 Labelme 標(biāo)注工具的使用，掌握自定義數(shù)據(jù)集的標(biāo)注與準(zhǔn)備方法；

項目實戰(zhàn)：涵蓋醫(yī)學(xué)細胞分割、顯著性檢測、基于 Mask R-CNN 的自定義任務(wù)訓(xùn)練等項目，演示從數(shù)據(jù)標(biāo)注、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、特征融合到模型訓(xùn)練與效果驗證的全流程，強化復(fù)雜場景下的問題解決能力。

三、課程特點

循序漸進的學(xué)習(xí)路徑：從 Python 基礎(chǔ)到深度學(xué)習(xí)框架，從簡單圖像處理到復(fù)雜分割模型，難度階梯式上升，零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)者可逐步適應(yīng)；

強實戰(zhàn)導(dǎo)向：包含 6 個完整項目（信用卡識別、文檔掃描 OCR、氣溫預(yù)測、花朵識別、醫(yī)學(xué)圖像分割、實例分割），每個技術(shù)點均配套代碼演示與效果驗證，確保 “學(xué)即能用”；

技術(shù)棧全面覆蓋：涵蓋 Python、OpenCV、PyTorch、經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)（VGG/ResNet）、前沿算法（U-Net/DeepLab/Mask R-CNN），構(gòu)建完整 AI 技術(shù)體系；

理論與實踐結(jié)合：既講解核心原理（如反向傳播、卷積計算），又深入源碼實現(xiàn)（如 PyTorch 自動求導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)細節(jié)），配套論文解讀，提升技術(shù)深度；

工程能力培養(yǎng)：強調(diào)數(shù)據(jù)預(yù)處理、增強策略、模型調(diào)優(yōu)、部署測試等工程細節(jié)，貼近工業(yè)界實際開發(fā)需求。