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人工智能数学基础:计算理论

人工智能数学基础-计算理论 补习课程表

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发表时间:2025-08-23 22:21作者:雨季


人工智能数学基础-计算理论习课程表

人工智能数学基础:计算理论

一、课程概述

计算理论是计算机科学的理论基础,也是人工智能领域的重要基石。它主要研究计算的本质、计算的能力与局限以及计算的效率问题。对于人工智能工程师而言,掌握计算理论不仅有助于理解计算机解决问题的基本原理,还能为算法设计、模型优化和问题求解提供理论指导(1)

本课程表旨在帮助有工作经验但基础薄弱的学习者系统掌握计算理论基础知识,从基础概念到高级应用,结合人工智能实际需要,构建完整的知识体系。通过循序渐进的学习,学习者将能够理解和应用计算理论的基本理论与方法,为进一步学习人工智能核心技术打下坚实的数学基础(47)

1.1 学习目标

通过本课程的学习,你将能够:

理解计算理论的基本概念和知识体系,包括自动机理论、可计算性理论和计算复杂性理论三大支柱(47)

掌握计算模型的形式化描述方法,培养抽象思维和逻辑推理能力

从理论角度理解计算机的能力与局限性,明确哪些问题可以计算以及如何高效计算

应用计算理论分析实际问题,建立计算模型并评估解决方案的可行性和效率

理解计算理论在人工智能领域的应用,如自动机在自然语言处理中的应用、复杂性理论在算法优化中的作用等(52)

1.2 学习路径说明

本课程表按照从易到难、知识依赖关系设计,共分为七个学习模块,每个模块包含若干知识点。学习时应严格按照顺序进行,前一个模块是后一个模块的基础。每个知识点都包含学习要求、学习时长建议、学习资源、难点总结、课后练习作业和过关考试,确保全面掌握(1)

课程内容的安排遵循 "基础概念→模型建立→理论分析→应用实践" 的学习路径,先掌握基本概念和数学工具,再学习各类计算模型,然后深入理论分析,最后结合人工智能实际应用场景进行实践(6)

1.3 学习资源说明

本课程表推荐的学习资源包括:

国内高校优质 MOOC 课程:来自中国大学 MOOC、国家高等教育智慧教育平台等平台的计算理论相关课程

国际知名大学公开课:如麻省理工学院、斯坦福大学等的计算理论课程

经典教材及配套辅导书:如《计算理论导引》、《自动机理论、语言和计算导论》等

人工智能领域计算理论应用案例解析:如自动机在自然语言处理中的应用、复杂性理论在机器学习中的应用等

数学软件使用教程:如 Python 在计算理论中的应用案例

、学习建议

2.1 学习方法建议

理论联系实际:计算理论的概念较为抽象,学习时应结合具体的人工智能应用场景,如自然语言处理中的词法分析、机器学习中的计算复杂性分析等,加深对理论知识的理解(6)

多做练习:计算理论是一门需要大量练习的学科,应通过大量的习题巩固所学知识,特别是自动机的构造、文法的设计、复杂性分析等(47)

使用数学软件:学习过程中应结合 Python 等数学软件进行计算和验证,提高解决实际问题的能力。推荐使用的库包括 re(正则表达式处理)、graphviz(自动机可视化)等(23)

理解概念本质:避免死记硬背公式和定理,应深入理解概念的本质和内在联系,如图灵机的计算能力、NP 完全性的本质等(47)

定期总结:定期对所学知识进行总结,建立知识框架,梳理各知识点之间的联系,形成完整的知识体系(1)

2.2 学习工具推荐

数学软件强烈建议一边学习理论,一边用编程工具练习!!!

Python 库:re(正则表达式处理)、graphviz(自动机可视化)、numpy(数值计算)

自动机模拟工具:JFLAP(有限自动机和图灵机模拟)

数学公式编辑器:LaTeX(数学公式排版)

学习平台

国家高等教育智慧教育平台:提供大量优质的计算理论课程

中国大学 MOOC:汇聚国内多所高校的计算理论相关课程

Coursera、edX:提供国际知名大学的计算理论和人工智能课程

辅助学习工具

思维导图工具:帮助梳理知识结构和概念关系

在线计算工具:如 Wolfram Alpha(数学计算)、Regular-Expressions.info(正则表达式测试)

学术论文数据库:如 IEEE Xplore、ACM Digital Library(获取最新研究成果)

2.3 学习进度管理

制定学习计划:根据课程表的安排,制定详细的学习计划,合理分配每天的学习时间,确保按时完成学习目标(1)

阶段性目标:将整个学习过程分为若干阶段,每个阶段设定明确的学习目标,如完成一个模块的学习并通过相应的过关考试(1)

学习记录:记录每天的学习内容、遇到的问题和解决方法,便于复习和总结(47)

定期复习:定期复习已学内容,强化记忆,避免遗忘,特别是自动机理论、图灵机、可判定性和复杂性理论等核心内容(47)

模拟考试:在每个模块学习结束后,进行模拟考试,检验学习效果,及时发现和解决问题(1)

、总结

本课程表系统地梳理了人工智能领域所需的计算理论知识,从基础概念到高级应用,结合实际案例,帮助学习者建立扎实的计算理论基础。通过按照本课程表的顺序学习,你将能够掌握计算理论的核心概念和方法,并能够应用这些知识解决人工智能领域的实际问题。

计算理论是人工智能的基石,也是提升逻辑思维和问题解决能力的重要工具。希望本课程表能够帮助你克服学习困难,建立对计算理论的兴趣和信心,为未来的人工智能学习和研究打下坚实的数学基础。

记住,学习数学需要耐心和坚持,遇到困难时不要气馁,多思考、多练习、多交流,相信你一定能够掌握这门重要的数学工具!
若过程中有任何疑问,可关注公众号(iLearnAI)进专家群交流,不要放弃!

               



四、课程表

详细的学习课程如下


大类

序号

知识点

学习要求

学习时长建议

学习资源

难点总结

课后练习

过关考试

计算理论基础概念
1
计算理论概述
•理解计算理论的基本概念和研究内容
•了解计算理论的三大组成部分:自动机理论、可计算性理论和计算复杂性理论
•掌握计算理论的发展历程和重要里程碑
•理解计算理论与人工智能的关系
建议 6 小时(理论学习 3 小时,练习 3 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》课程概述部分
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》课程概述
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 0 章 绪论部分
•计算理论三大组成部分的区别与联系需要系统理解
•计算理论抽象概念的理解需要结合具体例子
•计算理论与人工智能关系的理解需要一定的背景知识
1.简述计算理论的三大组成部分及其研究内容
2.列举计算理论发展史上的三个重要里程碑
3.讨论计算理论在人工智能领域的应用场景
•笔试:计算理论基本概念
•论述题:计算理论与人工智能的关系

2
数学基础复习
•复习集合、关系、函数等基本数学概念
•掌握图论的基本概念和术语
•理解逻辑命题和谓词逻辑的基础知识
•掌握数学证明方法,包括构造性证明、反证法和归纳法
建议 12 小时(理论学习 6 小时,练习 6 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《离散数学》课程相关章节
https://higher.smartedu.cn/course/671ad55c16d8a05eedca459a
2.中国大学 MOOC《离散数学》课程相关章节
https://www.icourse163.org/course/671ad55c16d8a05eedca459a
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 0 章 数学概念和术语部分
•数学证明方法的灵活应用需要大量练习
•谓词逻辑的理解需要系统学习
•图论中复杂概念的掌握需要结合实例
1.证明:如果 A⊆B 且 B⊆C,则 A⊆C
2.使用归纳法证明:1+2+...+n = n (n+1)/2
3.用谓词逻辑表示以下命题:"所有偶数都能被 2 整除"
•笔试:数学基础概念和证明方法
•应用题:应用数学证明方法解决简单问题
自动机理论基础
3
确定有限自动机 (DFA)
•理解确定有限自动机的形式化定义
•掌握 DFA 的状态转移图表示方法
•能够构造简单的 DFA 来识别特定语言
•理解 DFA 的计算过程和接受条件
建议 10 小时(理论学习 5 小时,练习 5 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》有穷自动机章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》确定有限自动机部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 1 章 有穷自动机部分
•DFA 的形式化定义需要深入理解
•状态转移函数的构造需要系统掌握
•DFA 的计算过程需要结合具体例子理解
1.构造一个 DFA,识别所有以 "0" 结尾的二进制字符串
2.设计一个 DFA,识别语言 L = {w | w 包含子串 "010"}
3.描述给定 DFA 的语言特征
•笔试:DFA 的形式化定义和构造方法
•应用题:根据语言描述构造相应的 DFA

4
非确定有限自动机 (NFA)
•理解非确定有限自动机的形式化定义
•掌握 NFA 与 DFA 的区别和联系
•能够构造 NFA 来识别特定语言
•理解 NFA 到 DFA 的转换算法
建议 12 小时(理论学习 6 小时,练习 6 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》非确定有限自动机章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》非确定有限自动机部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 1 章 非确定性部分
•NFA 的形式化定义需要深入理解
•ε 转移的处理需要系统掌握
•NFA 到 DFA 的转换算法需要详细推导
1.构造一个 NFA,识别所有包含偶数个 "0" 或偶数个 "1" 的二进制字符串
2.将给定的 NFA 转换为等价的 DFA
3.证明 NFA 与 DFA 的等价性
•笔试:NFA 的形式化定义和转换算法
•应用题:根据语言描述构造 NFA 并转换为 DFA

5
正则表达式
•理解正则表达式的形式化定义
•掌握正则表达式与有限自动机的等价性
•能够使用正则表达式描述特定语言
•理解正则表达式的代数定律
建议 12 小时(理论学习 6 小时,练习 6 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》正则表达式章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》正则表达式部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 1 章 正则表达式部分
•正则表达式的递归定义需要系统掌握
•正则表达式与有限自动机等价性的证明需要深入理解
•Arden 引理的应用需要结合具体例子
1.将正则表达式 (a|b)*abb 转换为 NFA
2.使用正则表达式描述所有包含子串 "ab" 但不含 "aa" 的字符串
3.证明正则表达式的交换律和结合律
•笔试:正则表达式的形式化定义和等价性证明
•应用题:根据语言描述构造正则表达式

6
正则语言的性质
•掌握正则语言的封闭性
•理解并能够应用泵引理证明语言的非正则性
•掌握迈希尔 - 尼罗德定理
•理解 DFA 的最小化算法
建议 14 小时(理论学习 7 小时,练习 7 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》正则语言性质章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》正则语言性质部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 1 章 正则语言的性质部分
•泵引理的应用需要系统掌握
•迈希尔 - 尼罗德定理的理解需要深入
•DFA 最小化算法的实现需要详细推导
1.使用泵引理证明语言 L = {a^n b^n | n ≥ 0} 不是正则语言
2.证明正则语言在交运算下的封闭性
3.对给定的 DFA 进行最小化处理
•笔试:正则语言的性质和泵引理应用
•应用题:应用泵引理证明语言的非正则性并最小化 DFA
上下文无关语言
7
上下文无关文法 (CFG)
•理解上下文无关文法的形式化定义
•掌握上下文无关文法的推导过程和语法树
•能够构造上下文无关文法生成特定语言
•理解文法的歧义性和乔姆斯基范式
建议 14 小时(理论学习 7 小时,练习 7 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》上下文无关文法章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》上下文无关文法部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 2 章 上下文无关文法部分
•CFG 的形式化定义需要深入理解
•文法的构造需要系统掌握
•乔姆斯基范式的转换需要详细推导
1.构造一个上下文无关文法,生成语言 L = {a^n b^m c^k | n = m 或 m = k}
2.将给定的上下文无关文法转换为乔姆斯基范式
3.证明上下文无关文法的歧义性
•笔试:CFG 的形式化定义和转换方法
•应用题:根据语言描述构造 CFG 并转换为乔姆斯基范式

8
下推自动机 (PDA)
•理解下推自动机的形式化定义
•掌握下推自动机的工作原理和状态转移
•能够构造下推自动机识别特定语言
•理解下推自动机与上下文无关文法的等价性
建议 16 小时(理论学习 8 小时,练习 8 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》下推自动机章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》下推自动机部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 2 章 下推自动机部分
•PDA 的形式化定义需要深入理解
•栈操作的处理需要系统掌握
•PDA 与 CFG 等价性的证明需要详细推导
1.构造一个下推自动机,识别语言 L = {a^n b^n | n ≥ 0}
2.将给定的 PDA 转换为等价的上下文无关文法
3.证明下推自动机与上下文无关文法的等价性
•笔试:PDA 的形式化定义和等价性证明
•应用题:根据语言描述构造 PDA 并转换为 CFG

9
上下文无关语言的性质
•掌握上下文无关语言的封闭性
•理解并能够应用上下文无关语言的泵引理
•了解确定型上下文无关语言的特性
•理解上下文无关语言的成员资格问题
建议 14 小时(理论学习 7 小时,练习 7 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》上下文无关语言性质章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》上下文无关语言性质部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 2 章 上下文无关语言的性质部分
•上下文无关语言泵引理的应用需要系统掌握
•确定型上下文无关语言的特性需要深入理解
•成员资格问题的算法实现需要详细推导
1.使用泵引理证明语言 L = {a^n b^n c^n | n ≥ 0} 不是上下文无关语言
2.证明上下文无关语言在并运算下的封闭性
3.设计一个算法判断字符串是否属于给定的上下文无关语言
•笔试:上下文无关语言的性质和泵引理应用
•应用题:应用泵引理证明语言的非上下文无关性
图灵机与可计算性理论
10
图灵机基础
•理解图灵机的形式化定义
•掌握图灵机的工作原理和计算过程
•能够构造简单的图灵机解决特定问题
•理解图灵机的变体和扩展
建议 18 小时(理论学习 9 小时,练习 9 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》图灵机章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》图灵机部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 3 章 图灵机部分
•图灵机的形式化定义需要深入理解
•图灵机的构造方法需要系统掌握
•图灵机变体的理解需要详细推导
1.构造一个图灵机,计算两个非负整数的和
2.设计一个图灵机,识别语言 L = {a^n b^n | n ≥ 0}
3.描述多带图灵机与标准图灵机的等价性
•笔试:图灵机的形式化定义和构造方法
•应用题:根据问题描述构造相应的图灵机

11
丘奇 - 图灵论题
•理解丘奇 - 图灵论题的内容和意义
•掌握可计算函数与图灵机可计算性的关系
•理解不同计算模型的等价性
•了解丘奇 - 图灵论题的扩展和限制
建议 10 小时(理论学习 5 小时,练习 5 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》丘奇 - 图灵论题章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》丘奇 - 图灵论题部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 3 章 丘奇 - 图灵论题部分
•丘奇 - 图灵论题的哲学意义需要深入理解
•不同计算模型等价性的证明需要系统掌握
•丘奇 - 图灵论题的限制需要结合具体例子理解
1.阐述丘奇 - 图灵论题的内容及其在计算理论中的地位
2.证明 λ 演算与图灵机的等价性
3.讨论丘奇 - 图灵论题的局限性和可能的扩展
•笔试:丘奇 - 图灵论题的内容和意义
•论述题:讨论丘奇 - 图灵论题对计算机科学和人工智能的影响

12
可判定性理论
•理解可判定语言和不可判定语言的概念
•掌握停机问题的不可判定性证明
•能够应用归约方法证明问题的不可判定性
•了解可判定性理论在计算机科学中的应用
建议 20 小时(理论学习 10 小时,练习 10 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》可判定性章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》可判定性部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 4 章 可判定性部分
•停机问题的不可判定性证明需要系统掌握
•归约方法的应用需要深入理解
•不可判定问题的具体例子需要详细分析
1.证明停机问题 H = {<M, w> | M 在输入 w 上停机} 是不可判定的
2.使用归约方法证明语言 L = { | M 接受空字符串} 是不可判定的
3.讨论可判定性理论在软件开发中的应用
•笔试:可判定性理论的基本概念和停机问题证明
•应用题:应用归约方法证明问题的不可判定性

13
可计算性理论的高级专题
•理解递归定理的内容和应用
•掌握图灵可归约性和相对可计算性
•了解信息的定义和 Kolmogorov 复杂度
•理解逻辑理论的可判定性问题
建议 16 小时(理论学习 8 小时,练习 8 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》可计算性理论高级专题章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》可计算性理论高级专题部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 6 章 可计算性理论的高级专题部分
•递归定理的应用需要系统掌握
•图灵可归约性的概念需要深入理解
•Kolmogorov 复杂度的定义需要详细推导
1.应用递归定理构造一个自引用的图灵机
2.证明图灵可归约性的传递性
3.讨论 Kolmogorov 复杂度与信息论的关系
•笔试:可计算性理论高级专题的基本概念
•应用题:应用递归定理解决具体问题
计算复杂性理论
14
时间复杂性基础
•理解时间复杂性的概念和度量方法
•掌握大 O 和小 θ 记法的定义和应用
•能够分析算法的时间复杂性
•理解不同计算模型间的复杂性关系
建议 16 小时(理论学习 8 小时,练习 8 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》时间复杂性章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》时间复杂性部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 7 章 时间复杂性部分
•时间复杂性的渐近分析需要系统掌握
•不同计算模型间的复杂性关系需要深入理解
•算法分析的具体方法需要详细推导
1.分析插入排序算法的时间复杂性
2.证明 O (f (n)) + O (g (n)) = O (max {f (n), g (n)})
3.比较不同计算模型下同一算法的时间复杂性
•笔试:时间复杂性的概念和分析方法
•应用题:分析给定算法的时间复杂性

15
P 类与 NP 类
•理解 P 类和 NP 类的定义和性质
•掌握多项式时间算法的概念
•能够判断问题属于 P 类还是 NP 类
•理解 P 与 NP 问题的重要性和开放性
建议 18 小时(理论学习 9 小时,练习 9 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》P 类与 NP 类章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》P 类与 NP 类部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 7 章 P 类与 NP 类部分
•P 类和 NP 类的精确定义需要系统掌握
•NP 问题的具体例子需要详细分析
•P 与 NP 问题的开放性需要深入理解
1.证明所有 P 类问题都属于 NP 类
2.讨论整数分解问题是否属于 NP 类
3.列举至少三个 NP 问题的例子
•笔试:P 类与 NP 类的概念和性质
•论述题:讨论 P 与 NP 问题的重要性和现状

16
NP 完全性理论
•理解多项式时间归约的概念
•掌握 NP 完全性的定义和性质
•能够证明问题的 NP 完全性
•了解典型的 NP 完全问题和它们之间的归约
建议 20 小时(理论学习 10 小时,练习 10 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》NP 完全性理论章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》NP 完全性理论部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 7 章 NP 完全性部分
•多项式时间归约的构造需要系统掌握
•NP 完全性的证明方法需要深入理解
•典型 NP 完全问题的归约链需要详细分析
1.证明 3SAT 问题是 NP 完全的
2.将顶点覆盖问题归约到集合覆盖问题
3.讨论 NP 完全性理论在实际问题求解中的意义
•笔试:NP 完全性理论的基本概念和证明方法
•应用题:应用归约方法证明问题的 NP 完全性
计算理论在人工智能中的应用
17
自动机在自然语言处理中的应用
•理解自动机在词法分析中的应用
•掌握正则表达式在文本处理中的应用
•能够使用有限自动机实现简单的自然语言处理任务
•理解上下文无关文法在句法分析中的应用
建议 16 小时(理论学习 8 小时,练习 8 小时)
1.中国大学 MOOC《自然语言处理》课程相关章节
https://www.icourse163.org/course/HIT-1002538001
2.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》自动机应用章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
3.《自然语言处理综论》(第 3 版)相关章节
•自动机在词法分析中的具体实现需要系统掌握
•正则表达式的高级应用需要深入理解
•上下文无关文法在句法分析中的应用需要详细推导
1.使用正则表达式实现一个简单的词法分析器
2.构造一个上下文无关文法分析简单句子的句法结构
3.设计一个有限自动机识别自然语言中的特定模式
•笔试:自动机在自然语言处理中的应用原理
•应用题:应用自动机和正则表达式实现简单的文本处理任务

18
计算学习理论
•理解计算学习理论的基本概念
•掌握 PAC 学习模型的定义和分析
•能够应用计算学习理论分析机器学习算法的性能
•理解 VC 维的概念和应用
建议 18 小时(理论学习 9 小时,练习 9 小时)
1.中国大学 MOOC《机器学习》课程计算学习理论部分
https://www.icourse163.org/course/PKU-1002188003
2.国家高等教育智慧教育平台《人工智能原理》课程相关章节
https://higher.smartedu.cn/course/678842c7225d72705e643a6f
3.《计算学习理论》相关教材和论文
•PAC 学习模型的数学分析需要系统掌握
•VC 维的概念和计算需要深入理解
•学习理论在机器学习算法分析中的应用需要详细推导
1.证明在 PAC 模型下,决策树学习是不可行的
2.计算给定假设空间的 VC 维
3.应用计算学习理论分析感知机算法的泛化能力
•笔试:计算学习理论的基本概念和 PAC 模型
•应用题:应用计算学习理论分析机器学习算法的性能

19
复杂性理论在机器学习中的应用
•理解机器学习中的计算复杂性问题
•掌握 NP 难问题在机器学习中的实例
•能够应用近似算法和启发式方法解决机器学习中的复杂问题
•理解深度学习中的复杂性理论问题
建议 20 小时(理论学习 10 小时,练习 10 小时)
1.中国大学 MOOC《机器学习》课程复杂性理论应用部分
https://www.icourse163.org/course/PKU-1002188003
2.国家高等教育智慧教育平台《人工智能原理》课程相关章节
https://higher.smartedu.cn/course/678842c7225d72705e643a6f
3.《机器学习中的计算复杂性》相关论文和教材
•机器学习中 NP 难问题的具体例子需要系统掌握
•近似算法的设计和分析需要深入理解
•深度学习中的复杂性理论问题需要详细分析
1.证明训练多层神经网络是 NP 难的
2.设计一个近似算法解决机器学习中的 NP 难问题
3.讨论复杂性理论对深度学习模型设计的影响
•笔试:复杂性理论在机器学习中的应用原理
•应用题:应用复杂性理论分析机器学习问题并设计近似算法
高级计算理论专题
20
空间复杂性理论
•理解空间复杂性的概念和度量方法
•掌握空间复杂性类 PSPACE 和 NPSPACE
•能够应用萨维奇定理和 Immerman-Szelepcsényi 定理
•了解空间复杂性与时间复杂性的关系
建议 16 小时(理论学习 8 小时,练习 8 小时)
1.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》空间复杂性章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
2.中国大学 MOOC《计算理论》空间复杂性部分
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
3.《计算理论导引》(第 3 版)第 8 章 空间复杂性部分
•空间复杂性的渐近分析需要系统掌握
•萨维奇定理的证明需要深入理解
•空间复杂性类之间的关系需要详细推导
1.证明萨维奇定理:NSPACE (s (n)) ⊆ DSPACE (s (n)^2)
2.讨论 PSPACE 与 NP 的关系
3.设计一个空间高效的算法解决特定问题
•笔试:空间复杂性理论的基本概念和定理
•应用题:应用空间复杂性理论分析算法的空间需求

21
量子计算基础
•理解量子计算的基本概念和原理
•掌握量子比特和量子门的数学描述
•能够描述量子图灵机的基本模型
•了解量子计算中的复杂性理论
建议 18 小时(理论学习 9 小时,练习 9 小时)
1.中国大学 MOOC《量子计算》课程相关章节
https://www.icourse163.org/course/THU-1206422809
2.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》量子计算章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
3.《量子计算与量子信息》相关章节
•量子比特的数学描述需要系统掌握
•量子门的操作和组合需要深入理解
•量子图灵机的形式化定义需要详细推导
1.描述量子比特的状态向量和叠加原理
2.设计一个简单的量子电路实现特定功能
3.讨论量子计算对计算复杂性理论的影响
•笔试:量子计算的基本概念和原理
•应用题:应用量子计算概念分析简单问题

22
计算理论的前沿发展
•了解计算理论的最新研究方向和进展
•掌握概率计算和交互式证明系统的基本概念
•能够理解并讨论计算理论与人工智能的交叉研究
•了解计算理论在密码学和信息安全中的应用
建议 20 小时(理论学习 10 小时,练习 10 小时)
1.中国大学 MOOC《计算理论前沿》课程
https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162
2.国家高等教育智慧教育平台《计算理论》前沿发展章节
https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d
3.最新的计算理论研究论文和综述文章
•概率计算和交互式证明系统的形式化定义需要系统掌握
•计算理论与人工智能的交叉研究需要深入理解
•计算理论在密码学中的应用需要详细分析
1.描述概率图灵机的工作原理和计算能力
2.讨论交互式证明系统在密码学中的应用
3.分析计算理论在人工智能理论基础中的作用
•笔试:计算理论前沿发展的基本概念
•论述题:讨论计算理论与人工智能的交叉研究及未来发展方向




参考资料

[1] 课程大纲-教务系统 https://jwxk.ucas.ac.cn/course/courseplan/242126

[2] 计算复杂性理论 https://basics.sjtu.edu.cn/~yuxi/teaching/complexity/

[3] Computer Science » Academics | Boston University https://www.bu.edu/academics/cas/courses/computer-science/3/

[4] Course 2024-2025 a.y. - Universita' Bocconi https://didattica.unibocconi.eu/ts/tsn_anteprima.php?cod_ins=30516&anno=2025&IdPag=7921

[5] 课程大纲-教务系统 https://jwba.ucas.ac.cn/sc/course/courseplan/266886

[6] 课程 - 国家高等教育智慧教育平台 https://www.chinaooc.com.cn/course/622ac9e0bee70ef79f4137d5

[7] 课程大纲-选课系统 https://jwxk.ucas.ac.cn/course/courseplan/242125

[8] 《计算与人工智能概论》教学大纲-20240602.docx - 人人文库 https://m.renrendoc.com/paper/331143220.html

[9] 学习ai课程大纲-CSDN博客 https://blog.csdn.net/onlyoneggp/article/details/147978208

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[12] 学生培养 https://fst.uic.edu.cn/ai/students/undergraduate_studies/curriculum/ybxxk.htm

[13] 附件\n2024-2025 年度第一期人工智能通识课课表\n(pdf) https://jw.nju.edu.cn/_upload/article/files/e5/e6/82cb8e484361b9a0ff3b675d58f0/29f6e657-f262-42fc-ba2b-d9691a9ae61b.pdf

[14] 课程大纲-教务系统 https://jwba.ucas.ac.cn/sc/course/courseplan/289200

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[17] 计算思维与人工智能 2025春_哈尔滨工业大学_中国大学MOOC(慕课) https://www.icourse163.org/spoc/course/HIT-1472684167

[18] 专科人工智能2025年课程体系解读,越来越实用,摆脱“天坑”从课程体系开始!-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7537241850869075258/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7537241848214358810&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=UJExSjXlaalZ7NbYTZFQR1lK2PJyiincgOfGh2jQ97o-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955294&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[19] 技术架构师成长路线(2025版)_架构师学习路线-CSDN博客 https://blog.csdn.net/dengdeng333/article/details/145432668

[20] 自学计算机科学:构建扎实技术根基的完整指南-CSDN博客 https://blog.csdn.net/gitblog_00749/article/details/148362709

[21] Computational Thinking - Period 2 https://www.ceastudyabroad.com/program/course-details/business-and-economics-768/fall-2025-year-17267/computational-thinking-period-2-16772-21011

[22] Prerequisites and Learning Outcomes https://www.devpath.com/courses/theory-of-computation/prerequisites-and-learning-outcomes

[23] 大学图灵班算法学习资料 体系+算法+数学+密码学+编译原理+计算理论深度解析及实战-小白自学网 https://www.itxbzxw.com/learn/shujujiegou/10536.html

[24] 计算机学习计划(精选2025).pptx-原创力文档 https://m.book118.com/html/2025/0621/7164034151010122.shtm

[25] 2025云计算线上训练营 2025云计算线上训练营|云计算学习路线-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7462035272851574027/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7462034801550265122&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=vRIX1gdVzNW3Lqf9yKACYFCxCQgFd7VLauUbkLnf_NQ-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955294&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[26] 1.资料下载:计算机基础_13462468的技术博客_51CTO博客 https://blog.51cto.com/u_13472468/6851800

[27] Great Theoretical Ideas in Computer Science http://idc.hust.edu.cn/rxli/teaching/greatideas.htm

[28] 探索计算理论的宝典:《计算理论导论》第三版英文原版资源深度解析-CSDN博客 https://blog.csdn.net/gitblog_06644/article/details/143347066

[29] Computational Thinking http://idc.hust.edu.cn/rxli/teaching/compthinking.htm

[30] 程序员必备算法题学习网站,今天你学算法了吗 -抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/6790321552371043595/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=6729613409198967563&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=tGD89blL0dMSRKeNcAKmL0Z5.7c6t9YlOQlY67w9MVU-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955294&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[31] 计算总出错?一键生成练习题,省心又高效-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7498207381810154791/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7498208007986154249&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=Dfj6s9kGqOA6OL8XmEqExnH6_qgtPmQZped.0lMqiXY-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955294&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[32] Desmos从入门到精通。-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7300797866912550196/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7300797969844947738&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=m00vg6H9qn2q6Nj3RwZFyqhhG1.ledJVQz.TqkX1lok-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955279&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[33] 课程 - 国家高等教育智慧教育平台 https://higher.smartedu.cn/course/66bfd6df711dc30c343af66d

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[35] 2025春计算思维(张立新)_山东大学_中国大学MOOC(慕课) https://www.icourse163.org/learn/-1001662005

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[37] 计算机科学导论_桂林电子科技大学_中国大学MOOC(慕课) https://www.icourse163.org/course/GLIET-1002091005?outVendor=zw_mooc_pclszykctj_

[38] 博睿分享|中国大学慕课MOOC网站教程讲解-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7256283480231808271/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7256283476494863115&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=ffGO51RSFdI_xQtpV56ZjPI76nr.3LxZwdQoOjb.wYQ-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955330&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[39] 中国大学MOOC计算方法答案-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7066078145568345351/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7066078653670525732&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=6zQqoYtOTx3AXaOjJ7IJu5kG6H7iCOM_9UgiodqZf6k-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955330&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[40] 课程 - 国家高等教育智慧教育平台 https://higher.smartedu.cn/course/66a031a6711dc30c34ab77c9

[41] 课程 - 国家高等教育智慧教育平台 https://higher.smartedu.cn/course/65b82c9dbb5c5a80259e44da

[42] 课程 - 国家高等教育智慧教育平台 https://higher.smartedu.cn/course/mcc/67d12b5bd9dad8ffd07a356f

[43] 课程 - 国家高等教育智慧教育平台 https://higher.smartedu.cn/course/671ad34e16d8a05eedca36bb

[44] 第78期:一天一个强大的网站 一个由教育部委托、高等教育出版社有限公司建设和运行维护网站,国家生怕咱失业,专门做的免费技能学习网站。赶紧学起来!-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7533199983495990582/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7533200129965312806&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=4bIrQOQFnQK93T0hz1hpwt1jhUEXd4scucBS64RRrIk-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955330&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[45] 高考结束了,快去这个神仙网站偷跑! 高考结束,1240所高校课程全免费开放!-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7520136868432776484/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7520136933230594866&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=jSSNsBhLBkUfBA8uLYk2tKyauZ4Fquyk3_AU3_lpzS8-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955318&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[46] 普通人能快速逆袭的免费资源库,聪明人已经开始行动了-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7475671000689020160/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7475671096222878473&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=UcJcVPzzWBISe8cqlPYUZ8r_SzlIMIVnYux0PdVoWbs-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955318&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[47] 计算理论_北京航空航天大学_中国大学MOOC(慕课) https://www.icourse163.org/course/BUAA-1473089162

[48] 计算思维的结构_桂林电子科技大学_中国大学MOOC(慕课) https://www.icourse163.org/course/GLIET-1001663006?outVendor=zw_mooc_pclszykctj_

[49] 计算理论][Theory Of Computation]_MOOC(慕课)境外开放课程 https://lib.nbt.edu.cn/subject/show/showdetail.php?id=33905

[50] 理论计算机科学基础 - 课程 - 华文慕课 https://www.chinesemooc.org/web/course_detail.php?courseid=4420

[51] 理论计算机科学的伟大思想][Great Ideas in Theoretical Computer Science]_MOOC(慕课)境外开放课程 https://lib.nbt.edu.cn/subject/show/showdetail.php?id=971

[52] 计算思维【标准版】-有内嵌-青岛科技大学创新创业学院 https://cxcy.qust.edu.cn/info/1048/1508.htm

[53] 计算思维导论_广西科技大学_中国大学MOOC(慕课) https://www.icourse163.org/course/GXKJ-1449574163?outVendor=zw_mooc_pclszykctj_

[54] 《计算理论导引(原书第3版)》笔记(持续更新中)_可计算性与计算复杂性导引-CSDN博客 https://blog.csdn.net/follow__my_heart/article/details/133471941

[55] 清华大学出版社--图书目录 http://www.tup.tsinghua.edu.cn/booksCenter/bookcatalog?id=09268901

[56] 计算理论学习笔记-CSDN博客 https://blog.csdn.net/Github_Lee/article/details/127636282

[57] 计算理论导引重点知识回顾_计算机理论导引-CSDN博客 https://blog.csdn.net/tthere/article/details/106873910

[58] 计算理论导引(pdf) https://archive.org/download/ittushu-538/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E7%90%86%E8%AE%BA%E5%AF%BC%E5%BC%95%20%E5%8E%9F%E4%B9%A6%E7%AC%AC3%E7%89%88_13797916.pdf

[59] 高思导引并不是所有题都需要刷的 不要随便乱刷!刷的顺序也是很讲究的-抖音 https://www.iesdouyin.com/share/video/7391420088294837531/?did=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&from_aid=1128&from_ssr=1&iid=MS4wLjABAAAANwkJuWIRFOzg5uCpDRpMj4OX-QryoDgn-yYlXQnRwQQ&mid=7391419917926533942&region=&scene_from=dy_open_search_video&share_sign=62tZFfFnksHhg7mIpZW2_l7buE8HQ6itQefgGOgAcFc-&share_track_info=%7B%22link_description_type%22%3A%22%22%7D&share_version=280700&titleType=title&ts=1755955358&u_code=0&video_share_track_ver=&with_sec_did=1

[60] Theory of Computation https://ocw.mit.edu/courses/18-404j-theory-of-computation-fall-2020/pages/readings/

[61] Introduction to the Theory of Computation, 3rd Edition https://www.cengage.ca/c/isbn/9780357670583/?filterBy=Higher-Education

[62] Introduction to the theory of computation https://openlibrary.org/works/OL19859284W/Introduction_to_the_theory_of_computation


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