AI同上课-4（全下载）|数据结构初步+卷积核：纸上谈兵后须配实验

AI 新资讯18小时前发布

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【背景】

在备AI课时，正好群里老师分享基于AI平台的教学，大家交流讨论了一些问题，具体先不叙述，以后再谈。仅就我个人最近在一个研讨会交流的观点供大家参考。

问题：只纸上谈兵，既使是再重要的知识，在信息科技这门课来说，学生的接受度是很低的。比如，以往的二进制，一点点计算，学生从小学到大，还是体会不到，原因自然是认知上有难度啊。

可是：并不在少数的，特别是年龄偏大，或者专业偏理的认为纸上谈兵很重要。理由嘛，当然认为科比技重要吧？

建议：在一线，如果是纸上谈兵，须配点实验，让学生可用、可见会更易理解。比如卷积计算，无电教学的学生拿个小纸板手工去计算，不论小学、初中还是高中，会计算本来不容易，计算作什么呢？这才是关键！

举例：不同的卷积核的实验，可自我修改卷积核，实验时可以放大观看细节。

【教学过程】

环节1.在技术实验中认识卷积核的作用

学生对直观的感受还是非常有兴趣的。

学生先实验不同的卷积核的图片处理，再以自定义卷积实验核观察效果。

环节2：简单数据结构，列表、元组、字典、数组、矩阵的特点与应用。

# 导入numpy库（用于数组和矩阵）importnumpy as np#=====================1. 列表List（最常用、可修改）=====================print("===== 1. 列表 List =====")fruit=["苹果","香蕉","橙子","葡萄"]print("原始列表：", fruit)fruit[1]="芒果"fruit.append("西瓜")del fruit[0]print("修改后的列表：", fruit)print("列表用途：存放可随意修改的一组数据 ")#=====================2. 元组Tuple（不可修改、固定）=====================print("===== 2. 元组 Tuple =====")color=("红色","蓝色","绿色","黄色")print("原始元组：", color)print("元组取值：", color[2])print("元组用途：存放固定不变的数据（如坐标、配置信息） ")#=====================3. 字典Dict（学号当键，3个同学数据）=====================print("===== 3. 字典 Dict =====")# 键：学号 | 值：同学信息（姓名、年龄、班级、成绩）student={ "2026001": {"姓名":"小明","年龄":18,"班级":"高一18班","成绩":95}, "2026002": {"姓名":"小红","年龄":17,"班级":"高一18班","成绩":98}, "2026003": {"姓名":"小刚","年龄":18,"班级":"高一18班","成绩":92}}print("全部学生数据（学号为键）：")forid, infoinstudent.items(): print(f"学号 {id}：{info}")# 根据学号快速查询同学print(" 按学号查询（2026002）：", student["2026002"])print("字典用途：按唯一标识（学号）快速查找数据 ")#=====================4. 数组Array（数值专用、计算快）=====================print("===== 4. 数组 Array =====")num=np.array([1,2,3,4,5])print("原始数组：", num)new=num*2print("数组整体 ×2：", new)print("数组用途：专门做数值计算、数学运算 ")#=====================5. 矩阵Matrix+卷积=====================print("===== 5. 矩阵 Matrix =====")score=np.matrix([ [8,9,9], [7,8,8], [9,5,7]])print("3行3列成绩矩阵：")print(score)print("矩阵/100：")print(score/100)#=====================最终总结=====================print("="*50)print("【核心区别总结】")print("1. 列表[]：可修改，通用数据")print("2. 元组()：不可修改，固定数据")print("3. 字典{}：键值对，按学号/名字查数据")print("4. 数组np.array：数值专用，计算快")print("5. 矩阵np.matrix：二维表格，数学运算")

环节3：拓展卷积的计算方法，讲授与体验。

# 拓展# ===================== 纯循环卷积 =====================print(" ====== 卷积计算（纯循环实现） ======")k = np.matrix([[-1,1], [0,1]])print("卷积核： ",k)img = np.array(score)k2 = np.array(k)h, w = img.shapekh, kw = k2.shapeout_h = h - kh +1out_w = w - kw +1m = np.zeros((out_h, out_w), dtype=int)# 0矩阵#print(m)foriinrange(out_h): forjinrange(out_w): window = img[i:i+kh, j:j+kw] m[i, j] = np.sum(window * k2)print("循环卷积结果：")print(m)# ===================== scipy 卷积（修复版！手动翻转核） =====================importnumpyasnpfromscipy.signalimportconvolve2dprint(" ====== 卷积计算（scipy 修复版） ======")# 关键：手动翻转卷积核 180°，让结果和循环完全一致！k_flipped = np.flipud(np.fliplr(k))conv = convolve2d(score, k_flipped, mode='valid')print("scipy 卷积结果：")print(conv)print("="*50)print("✅ 两个结果现在完全一样！")

环节4：作业，列表考点自我分析。

# ===================== 1. 列表 List（最常用、可修改） =====================print("===== 1. 列表 List =====")fruit= ["苹果","香蕉","橙子","葡萄","橙子"]print("原始列表：", fruit)fruit.append("西瓜")print("修改后的列表：", fruit)print("列表用途：存放可随意修改的一组数据 ")#作业：枚举算法查找橙子d=-1foriinfruit: d=( ) # 填空 if i=="橙子": print("橙子位置：",d)print('-'*20)ford in range(len(fruit)): if fruit[ ]=="橙子": # 填空 print("橙子位置：",d)