資源簡介

(共28張PPT)
第7單元 第4課
優(yōu)化算法
（黔教版）五年級
下
1
核心素養(yǎng)目標(biāo)
3
新知講解
5
拓展延伸
7
板書設(shè)計
2
新知導(dǎo)入
4
課堂練習(xí)
6
課堂總結(jié)
課后作業(yè)
8
01
核心素養(yǎng)目標(biāo)
信息意識
計算思維
數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新
信息社會責(zé)任
在設(shè)計垃圾分類算法時，需要負(fù)有社會責(zé)任感，確保算法公正、透明、無偏，并考慮到社會對垃圾分類的普及。
能利用數(shù)據(jù)收集、云計算等工具進(jìn)行創(chuàng)新，提升垃圾分類系統(tǒng)的智能化水平。
能夠通過分解問題、模式識別、算法設(shè)計和優(yōu)化來解決垃圾分類的問題。如將垃圾分類問題分解為不同類型垃圾的查詢和分類。
具備信息意識，理解如何通過技術(shù)和數(shù)據(jù)幫助解決現(xiàn)實問題，并意識到信息的準(zhǔn)確性和及時性在該領(lǐng)域的價值。
02
新知導(dǎo)入
活動背景
垃圾分類的算法真有價值，能讓大家更加熟悉常見生活垃圾的分類。
是的!為了讓大家更方便地使用垃圾分類程序，我們還要不斷測試并優(yōu)化算法。
調(diào)試時，如果發(fā)現(xiàn)運行結(jié)果錯誤是由于算法設(shè)計存在問題，需要對算法進(jìn)行優(yōu)化。
02
新知導(dǎo)入
03
新知講解
活動：優(yōu)化算法的邏輯結(jié)構(gòu)
1.運行編寫好的程序，如果輸入一個列表中不存在的垃圾名稱(圖7-4-1)，會出現(xiàn)什么情況 如何解決這個問題呢
圖 7-4-1 輸入不存在的垃圾名稱
解決方法：
使用條件語句檢查輸入：在查詢垃圾名稱之前，先判斷該名稱是否在列表中。可以使用`in`運算符來檢查。
使用異常處理：如果用字典或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行查詢，可以通過`try-except`語句來捕獲可能發(fā)生的錯誤，并給予用戶友好的提示。
03
新知講解
為了解決查詢內(nèi)容不在列表中的情況，一方面，我們要盡可能完善垃圾分類列表中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)項越多，意味著提供的信息越全面;另一方面，還需要對算法進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)不在列表中時，需要提供反饋信息。
小科提示
03
新知講解
2.使用多分支結(jié)構(gòu)(圖7-4-2)對查詢算法進(jìn)行優(yōu)化。如果查詢內(nèi)容不在列表中，輸出“抱歉，沒有查詢到”。試著完善算法，并用程序加以驗證。
03
新知講解
完善算法
使用`try-except`來捕獲查找時的異常，或者直接判斷元素是否存在于列表中。
增加更多垃圾類別，提供更多的查詢反饋，讓用戶更加清晰地了解分類情況。
可以使用字典來提高查詢效率，因為字典的查詢復(fù)雜度是O(1)，而列表是O(n)。
03
新知講解
03
新知講解
如果有多個需要判斷的條件，可以使用多分支結(jié)構(gòu)。運行時，計算機檢測到某個條件成立，則運行該條件對應(yīng)框內(nèi)的內(nèi)容。如果所有條件都不成立，則運行“否則”框內(nèi)的內(nèi)容。
小科提示
03
新知講解
算法要考慮到不同年齡層人群的使用需求。例如對年長者來說，使用鍵盤查詢不方便，但可以通過使用鼠標(biāo)、語音識別和圖像識別等方式與計算機進(jìn)行交互。其中，語音識別、圖形識別等應(yīng)用能夠優(yōu)化交互方式，更好地服務(wù)人們的生活。
03
新知講解
在程序中增加朗讀模塊和語音識別擴展模塊，可以實現(xiàn)語音朗讀和語音識別功能。
小科提示
選擇指定嗓音進(jìn)行朗讀。
朗讀輸入框中的文字。
朗讀輸入框中的文字后開始語音識別。
獲取語音識別的結(jié)果。
與語音有關(guān)的指令
04
課堂練習(xí)
一、選擇題
1、在大規(guī)模垃圾分類數(shù)據(jù)中，哪種分布式計算框架最適合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析？ （ ）
A. MySQL B. Oracle C. MongoDB D. Hadoop
2、在垃圾分類數(shù)據(jù)庫中，如何提高查詢效率？ （ ）
A.使用多表連接 B.使用索引
C.不使用外鍵 D.僅使用一張表存儲所有數(shù)據(jù)
3、在垃圾分類算法的優(yōu)化過程中，為了提高分類的準(zhǔn)確性，常見的一種改進(jìn)方法是引入哪個技術(shù)？（ ）
A.數(shù)據(jù)增強 B.反向傳播 C.數(shù)據(jù)壓縮 D.特征選擇
D
B
A
04
課堂練習(xí)
二、判斷題
1、Spark是一種高效的分布式計算框架，能夠有效處理海量的垃圾分類數(shù)據(jù)。 （ ）
2、云計算可以有效解決垃圾分類系統(tǒng)的擴展性和負(fù)載均衡問題。 （ ）
3、在垃圾分類系統(tǒng)中，決策樹算法適合處理連續(xù)數(shù)值型數(shù)據(jù)。 （ ）
4、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）適合用于處理文本數(shù)據(jù)的垃圾分類任務(wù)。 （ ）
√
X
√
X
04
課堂練習(xí)
三、操作題
請使用Python編寫一個垃圾分類系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠讀取輸入的圖片（例如垃圾照片），并利用預(yù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型（如ResNet、VGG等）進(jìn)行垃圾分類。要求完成以下功能：
1. 加載圖片并進(jìn)行預(yù)處理（包括縮放、裁剪、標(biāo)準(zhǔn)化等）。
2. 使用預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行垃圾分類，并輸出類別標(biāo)簽。
3. 統(tǒng)計分類結(jié)果，并生成分類精度報告。
4. 實現(xiàn)一個簡單的命令行界面，允許用戶上傳圖片并得到分類結(jié)果。
05
拓展延伸
大數(shù)據(jù)分析與處理
在大規(guī)模垃圾分類數(shù)據(jù)中進(jìn)行信息的高效查詢、存儲和處理時，可以采取以下策略：
數(shù)據(jù)存儲：使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（如MySQL）存儲結(jié)構(gòu)化的垃圾分類信息，或使用NoSQL數(shù)據(jù)庫（如MongoDB）存儲非結(jié)構(gòu)化的垃圾分類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中應(yīng)設(shè)計合適的索引，優(yōu)化查詢效率。
分布式存儲：利用分布式文件系統(tǒng)（如HDFS）將大規(guī)模數(shù)據(jù)分布式存儲，提高存儲的可靠性和擴展性。
05
拓展延伸
大數(shù)據(jù)分析與處理
在大規(guī)模垃圾分類數(shù)據(jù)中進(jìn)行信息的高效查詢、存儲和處理時，可以采取以下策略：
分布式計算框架：利用Hadoop進(jìn)行批量數(shù)據(jù)處理，Hadoop的MapReduce框架可以并行處理垃圾分類數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類模型訓(xùn)練和預(yù)測等。
數(shù)據(jù)預(yù)處理與清洗：在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理前，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去重、缺失值處理、噪聲數(shù)據(jù)清洗等，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。
05
拓展延伸
云計算與分布式系統(tǒng)
將垃圾分類算法部署到云端時，可以利用云計算平臺的彈性和分布式特性來提高系統(tǒng)的可擴展性和負(fù)載均衡。
選擇云平臺：可以選擇公有云平臺（如AWS、Google Cloud、Azure等）來部署系統(tǒng)，云平臺提供了彈性計算資源，可以根據(jù)需求動態(tài)擴展或縮減計算能力。
容器化部署：將垃圾分類算法容器化，使用Docker將整個系統(tǒng)打包，然后通過Kubernetes等容器編排工具進(jìn)行管理。容器化可以提高部署的效率和一致性。
05
拓展延伸
云計算與分布式系統(tǒng)
將垃圾分類算法部署到云端時，可以利用云計算平臺的彈性和分布式特性來提高系統(tǒng)的可擴展性和負(fù)載均衡。
負(fù)載均衡：使用云平臺的負(fù)載均衡服務(wù)，將用戶請求分配到不同的服務(wù)器實例，確保系統(tǒng)的高可用性和處理能力。例如，AWS的Elastic Load Balancer（ELB）可以自動將流量分配到不同的實例上。
自動擴展：結(jié)合云平臺的自動擴展功能，在流量增加時，自動增加實例數(shù)量，以滿足處理需求。當(dāng)負(fù)載減輕時，系統(tǒng)可以自動減少資源使用，避免浪費。
05
拓展延伸
圖形界面設(shè)計與用戶體驗
通過GUI編程或者網(wǎng)頁開發(fā)，優(yōu)化垃圾分類系統(tǒng)的用戶界面，提升用戶的操作體驗，使其更容易接受和使用垃圾分類系統(tǒng)。
簡潔易用的界面設(shè)計：界面應(yīng)簡潔直觀，避免復(fù)雜的操作流程。使用清晰的按鈕、圖標(biāo)和說明文字，幫助用戶快速理解如何操作系統(tǒng)。
圖像上傳與分類展示：通過文件上傳控件，用戶可以方便地上傳垃圾圖片，系統(tǒng)應(yīng)在后臺進(jìn)行分類，并將結(jié)果以易懂的方式展示給用戶，例如顯示分類標(biāo)簽和對應(yīng)的圖片。
05
拓展延伸
圖形界面設(shè)計與用戶體驗
響應(yīng)式設(shè)計：設(shè)計自適應(yīng)網(wǎng)頁，保證系統(tǒng)在不同設(shè)備（如PC、平板、手機）上都能良好顯示和操作。
數(shù)據(jù)可視化：可以提供垃圾分類統(tǒng)計的可視化圖表，幫助用戶更好地理解分類的效果和改進(jìn)空間。
Web開發(fā)框架：可以使用前端框架（如React、Vue.js）和后端框架（如Flask、Django）開發(fā)網(wǎng)頁應(yīng)用，使得垃圾分類系統(tǒng)在網(wǎng)頁端的用戶體驗更佳。
06
課堂總結(jié)
1
引入新知內(nèi)容
優(yōu)化算法
2
優(yōu)化算法的邏輯結(jié)構(gòu)
3
完成課堂練習(xí)
4
進(jìn)行相關(guān)知識拓展
1
2
3
4
07
板書設(shè)計
優(yōu)化算法
1、進(jìn)行新知引入
2、優(yōu)化算法的邏輯結(jié)構(gòu)
3、完成課堂練習(xí)
4、進(jìn)行知識拓展
課后作業(yè)。
1、完成垃圾分類模型的訓(xùn)練與測試并優(yōu)化。
2、編寫垃圾分類系統(tǒng)制作過程。
08
課后作業(yè)
1、利用現(xiàn)有的垃圾分類數(shù)據(jù)集（如從Kaggle或者政府網(wǎng)站下載的數(shù)據(jù)），使用機器學(xué)習(xí)方法（如決策樹、支持向量機、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行垃圾分類模型的訓(xùn)練與測試，分析模型的性能，并提出優(yōu)化建議。
08
課后作業(yè)
2、 根據(jù)你設(shè)計的垃圾分類系統(tǒng)，編寫一份文檔，詳細(xì)闡述算法設(shè)計、實現(xiàn)步驟、測試和部署過程，討論可能遇到的問題及解決辦法。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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