《随机过程》教学大纲

《随机过程》教学大纲课程编号：13230445英文名称：StochasticProcesses学分：2学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时先修课程：高等数学A1、高等数学A2、线性代数（理工）、概率统计（理工）课程类别：通识教育课程授课对象：机器人工程专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第5学期一、课程描述和目标本课程是机器人工程专业的一门重要的专业课，以实际工程模型构建和分析求解为导向，培养学生的抽象思维、慎密概括及运用最优化理论解决电气工程及其自动化领域问题的能力，特别是系统建模、参数优化、分析决策和离散对象处理等方面的实际工程问题的能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：能运用数理逻辑、图论、线性规划、智能算法等优化理论及其相关知识，通过数学模型构建和优化等方法推演、分析控制系统规划和参数优化等工程问题；课程目标2：能针对自动化领域专业工程问题，选择、应用和比较数学模型及其求解方案，完成系统性能、产品成本、经济收益等方面的最优决策，实现系统综合优化。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重1.1能将数学、自然科学、工程科学的语言工具和专业知识用于工程问题的表述。课程目标1H11.2了解机器人工程相关领域的工程及产品全周期、全流程的成本构成，理解其中涉及的工程管理与经济决策问题。课程目标2H（注：要求课程目标与毕业要求指标点应是一一对应支撑）三、教学内容、基本要求与学时分配（一）理论教学序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1绪论课程的概念、基本方法和应用背景；课程与机器人工程专业的关系。基本要求：了解课程的主要内容、基本概念和教学安排。重点难点：认知课程与机器人工程专业的关系，了解握课程趋势与研究现状。德育要求：历史责任。2集中讲授、文献阅读课程目标1、22基础知识学习概率空间、随机变量和分布函数、数字特征、矩母函数与特征函数、条件概率、条件期望和独立性等方面的预备知识。基本要求：学习随机变量、分布函数、分布律和概率密度函数的概念，条件分布，函数的分布求法，常见的离散型与连续型分布，及多维随机变量的知识；学习随机变量的数学期望、方差、矩、协方差与协方差阵、相关系数的定义及计算；掌握条件数学期望的求法，全期望公式的意义与应用：掌握随机变量的特征函数的定义、性质与求法。重点难点：掌握随机过程后续学习涉及的预备知识。德育要求：大局意识。4集中讲授、课堂演示、课后作业课程目标1、23随机过程及其统计描述学习；随机过程的概念、随机过程的统计描述、泊松过程及维纳过程。基本要求：掌握随机过程的背景、定义及分类：掌握随机过程的一维、二维分布函数、有限维分布函数、均值函数、方差函数与协方差函数等重要的数字特征，以及随机过程的特征函数的定义与应用：理解泊松过程和维纳过程的背景与定义，以及这两种随机过程过程的简单性质。重点难点：随机过程统计描述的基本概念和模型，随机过程的统计与描述。德育要求：实践创新。6集中讲授、课堂演示、课后作业课程目标1、24马尔可夫链掌握马儿可夫过程及其概率分布；多步转移概率的确定；遍历性。基本要求：理解马尔可夫过程的背景与定义，马尔可夫过程的基本性质：熟悉常见马尔可夫过程：掌握马尔可夫链的背景、概念，常见马尔可链的定义与基本性质：齐次马尔可夫链，非齐次马尔可夫链的一步、二步转移概率，多步转移概率求法，转移概率矩阵与C-K方程介绍。重点难点：转移概率矩阵的求解和建立。德育要求：探索创新。6集中讲授、课堂演示、课后作业课程目标1、25平稳随机过程平稳随机过程的概念；各态历经性；相关的数的性质。基本要求：理解平稳过程及联合平稳过程的概念，熟悉相关函数和互相关函数的性质：熟悉基本问题的相关计算：。重点难点：掌握掌握平稳随机过程的性质；知道均方收敛、均方连续、均方导数和均方积分的定义和性质；知道平稳过程遍历性的意义和相关结论：。德育要求：团结协作。4集中讲授、课堂演示、课后作业课程目标1、26复习复习巩固课程教学内容。基本要求：复习巩固课程所涉及的教学内容，讲解习题，答疑。重点难点：重难点习题讲解。德育要求：社会责任。2集中讲授、课堂演示、课后作业课程目标1、2合计24（二）课程实验序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1Matlab基本认知实验掌握Matlab程序编制原则与调试方法。2演示课程目标12数理逻辑实验能利用Matlab进行集合运算，数理逻辑关系的性质判断和运算。2验证课程目标13随机变量的仿真实验能利用Matlab产生服从各类分布的随机变量，分析他们的分布函数、概率密度函数、均值和方差。2验证课程目标14随机信号的特征分析实验利用Matlab生成随机序列，编写程序计算、分析随机序列的特征，绘制图形。3验证课程目标15随机过程应用实验基于课程所学知识，分析具有噪声的随机信号的特性，设计滤波器实现对噪声的过滤。3验证课程目标1课程目标26综合项目设计能综合运用所学知识和算法，解决机器人路径规划或控制器参数设计优化等复杂工程项目，并通过程序实现问题的推演与分析，确定最佳优化方案。4设计课程目标1课程目标2合计16注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括演示、验证、综合、设计等。四、课程教学方法（1）理论学习以集中授课的形式为主，线上与线下的课外讨论为辅；（2）课程实验以集中讲解、上机操作的形式开展，通过实验效果和实验报告进行评价；（3）综合项目以小组形式开展，课外分组完成，采用集中展示、答辩的方式评价。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）合计1平时作业105152课程实验155203综合项目510154期末考试351550课程目标对应分值6535（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业按时完成，90%以上的作业内容齐全，模型建立和求解正确，掌握基本知识点，理解充分。按时完成，70%以上的作业内容齐全，模型建立和求解基本正确，掌握基本知识点，理解到位。延时完成，60%以上的作业内容齐全，模型建立和求解有误，了解基本知识点，认识到位。不交或补交，60%以下的作业内容齐全，模型建立和求解错误较多，不了解基本知识点，认识有偏差。2.课程实验与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分实验效果(50%)无迟到早退，建模、优化算法编写正确，实验设备使用及数据记录规范，能评价、鉴赏实验结果的正确性及合理性。无迟到早退，建模、优化算法编写基本正确，实验设备使用及数据记录比较规范，能分析、判断实验结果的正确性及合理性。无迟到早退，建模、优化算法编写错误较少，实验设备使用及数据记录基本规范，能认识、界定实验结果的正确性及合理性。迟到、不到或早退，建模、优化算法编写错误较多，实验设备使用及数据记录不规范，不能判断实验结果的正确性及合理性。实验报告(50%)格式规范，符合课程实验报告写作要求；内容主题明确，有明确的针对相关模型、优化算法、实验结果和参数选取的分析和讨论。格式符合课程实验报告写作要求；内容主题明确，具有较好的针对相关模型、优化算法、实验结果和参数选取的分析和讨论。格式符合课程实验报告写作要求；内容主题基本明确，具有针对相关模型、优化算法、实验结果和参数选取的分析和讨论。论文格式不符合课程实验报告写作要求，报告结构不完整，针对相关模型、优化算法、实验结果和参数选取的分析和论证不清晰。3.综合项目考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分现场演示(50%)能够拓展理论知识评价、解决课程领域相关专业问题。汇报时能清楚表述系统原理，回答问题正确。能够应用理论知识分析、评价课程领域相关专业问题。汇报时能较清楚表述系统原理，回答问题正确。能够利用理论知识描述、解释课程领域相关专业问题。汇报时能表述系统原理，大部分问题回答正确。能够根据理论知识认识、复述课程领域相关专业问题。汇报时能表述部分系统原理，能回答部分问题。项目报告(50%)比较、选取合适的现有优化方法并根据实际问题加以改进。格式规范，符合写作要求，主题明确，有明确的综合分析论点。参考文献充分、正文引用恰当，文献引文格式符合文献标准。无摘录摘抄痕迹，能恰当运用自己的语言组织素材，论点正确。比较、选取合适的现有优化方法应用于实际问题。格式符合写作要求，主题明确，具较好的综合分析论点。参考文献充分、正文能够较好对文献进行引用。正文主题大部分运用自己的语言组织素材，论点正确。采用可行的优化方法应用于实际问题。格式符合课程论文写作要求，主题基本明确，具较好的综合分析论点。文献引文格式基本规范。正文有部分摘抄，论点分析比较清晰。采用的优化方法不适用或抄袭他人成果。论文格式不符合要求，论文结构不完整，论点分析不清晰。参考文献少，正文没有引用。格式不完全符合科技论文文献标准。4.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据考试题目设计相应评分标准。注：(1)考勤不加分，但旷课1次扣平时分1分，扣满5分为止；(2)期末总