资源简介

(共28张PPT)
第7单元 第4课
优化算法
（黔教版）五年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
在设计垃圾分类算法时，需要负有社会责任感，确保算法公正、透明、无偏，并考虑到社会对垃圾分类的普及。
能利用数据收集、云计算等工具进行创新，提升垃圾分类系统的智能化水平。
能够通过分解问题、模式识别、算法设计和优化来解决垃圾分类的问题。如将垃圾分类问题分解为不同类型垃圾的查询和分类。
具备信息意识，理解如何通过技术和数据帮助解决现实问题，并意识到信息的准确性和及时性在该领域的价值。
02
新知导入
活动背景
垃圾分类的算法真有价值，能让大家更加熟悉常见生活垃圾的分类。
是的!为了让大家更方便地使用垃圾分类程序，我们还要不断测试并优化算法。
调试时，如果发现运行结果错误是由于算法设计存在问题，需要对算法进行优化。
02
新知导入
03
新知讲解
活动：优化算法的逻辑结构
1.运行编写好的程序，如果输入一个列表中不存在的垃圾名称(图7-4-1)，会出现什么情况 如何解决这个问题呢
图 7-4-1 输入不存在的垃圾名称
解决方法：
使用条件语句检查输入：在查询垃圾名称之前，先判断该名称是否在列表中。可以使用`in`运算符来检查。
使用异常处理：如果用字典或其他数据结构进行查询，可以通过`try-except`语句来捕获可能发生的错误，并给予用户友好的提示。
03
新知讲解
为了解决查询内容不在列表中的情况，一方面，我们要尽可能完善垃圾分类列表中的数据，数据项越多，意味着提供的信息越全面;另一方面，还需要对算法进行改进，当输入的数据不在列表中时，需要提供反馈信息。
小科提示
03
新知讲解
2.使用多分支结构(图7-4-2)对查询算法进行优化。如果查询内容不在列表中，输出“抱歉，没有查询到”。试着完善算法，并用程序加以验证。
03
新知讲解
完善算法
使用`try-except`来捕获查找时的异常，或者直接判断元素是否存在于列表中。
增加更多垃圾类别，提供更多的查询反馈，让用户更加清晰地了解分类情况。
可以使用字典来提高查询效率，因为字典的查询复杂度是O(1)，而列表是O(n)。
03
新知讲解
03
新知讲解
如果有多个需要判断的条件，可以使用多分支结构。运行时，计算机检测到某个条件成立，则运行该条件对应框内的内容。如果所有条件都不成立，则运行“否则”框内的内容。
小科提示
03
新知讲解
算法要考虑到不同年龄层人群的使用需求。例如对年长者来说，使用键盘查询不方便，但可以通过使用鼠标、语音识别和图像识别等方式与计算机进行交互。其中，语音识别、图形识别等应用能够优化交互方式，更好地服务人们的生活。
03
新知讲解
在程序中增加朗读模块和语音识别扩展模块，可以实现语音朗读和语音识别功能。
小科提示
选择指定嗓音进行朗读。
朗读输入框中的文字。
朗读输入框中的文字后开始语音识别。
获取语音识别的结果。
与语音有关的指令
04
课堂练习
一、选择题
1、在大规模垃圾分类数据中，哪种分布式计算框架最适合进行数据处理和分析？ （ ）
A. MySQL B. Oracle C. MongoDB D. Hadoop
2、在垃圾分类数据库中，如何提高查询效率？ （ ）
A.使用多表连接 B.使用索引
C.不使用外键 D.仅使用一张表存储所有数据
3、在垃圾分类算法的优化过程中，为了提高分类的准确性，常见的一种改进方法是引入哪个技术？（ ）
A.数据增强 B.反向传播 C.数据压缩 D.特征选择
D
B
A
04
课堂练习
二、判断题
1、Spark是一种高效的分布式计算框架，能够有效处理海量的垃圾分类数据。 （ ）
2、云计算可以有效解决垃圾分类系统的扩展性和负载均衡问题。 （ ）
3、在垃圾分类系统中，决策树算法适合处理连续数值型数据。 （ ）
4、卷积神经网络（CNN）适合用于处理文本数据的垃圾分类任务。 （ ）
√
X
√
X
04
课堂练习
三、操作题
请使用Python编写一个垃圾分类系统，系统能够读取输入的图片（例如垃圾照片），并利用预训练的深度学习模型（如ResNet、VGG等）进行垃圾分类。要求完成以下功能：
1. 加载图片并进行预处理（包括缩放、裁剪、标准化等）。
2. 使用预训练模型进行垃圾分类，并输出类别标签。
3. 统计分类结果，并生成分类精度报告。
4. 实现一个简单的命令行界面，允许用户上传图片并得到分类结果。
05
拓展延伸
大数据分析与处理
在大规模垃圾分类数据中进行信息的高效查询、存储和处理时，可以采取以下策略：
数据存储：使用关系型数据库（如MySQL）存储结构化的垃圾分类信息，或使用NoSQL数据库（如MongoDB）存储非结构化的垃圾分类数据。数据库中应设计合适的索引，优化查询效率。
分布式存储：利用分布式文件系统（如HDFS）将大规模数据分布式存储，提高存储的可靠性和扩展性。
05
拓展延伸
大数据分析与处理
在大规模垃圾分类数据中进行信息的高效查询、存储和处理时，可以采取以下策略：
分布式计算框架：利用Hadoop进行批量数据处理，Hadoop的MapReduce框架可以并行处理垃圾分类数据，进行分类模型训练和预测等。
数据预处理与清洗：在大规模数据处理前，对数据进行预处理，包括去重、缺失值处理、噪声数据清洗等，以提高数据质量。
05
拓展延伸
云计算与分布式系统
将垃圾分类算法部署到云端时，可以利用云计算平台的弹性和分布式特性来提高系统的可扩展性和负载均衡。
选择云平台：可以选择公有云平台（如AWS、Google Cloud、Azure等）来部署系统，云平台提供了弹性计算资源，可以根据需求动态扩展或缩减计算能力。
容器化部署：将垃圾分类算法容器化，使用Docker将整个系统打包，然后通过Kubernetes等容器编排工具进行管理。容器化可以提高部署的效率和一致性。
05
拓展延伸
云计算与分布式系统
将垃圾分类算法部署到云端时，可以利用云计算平台的弹性和分布式特性来提高系统的可扩展性和负载均衡。
负载均衡：使用云平台的负载均衡服务，将用户请求分配到不同的服务器实例，确保系统的高可用性和处理能力。例如，AWS的Elastic Load Balancer（ELB）可以自动将流量分配到不同的实例上。
自动扩展：结合云平台的自动扩展功能，在流量增加时，自动增加实例数量，以满足处理需求。当负载减轻时，系统可以自动减少资源使用，避免浪费。
05
拓展延伸
图形界面设计与用户体验
通过GUI编程或者网页开发，优化垃圾分类系统的用户界面，提升用户的操作体验，使其更容易接受和使用垃圾分类系统。
简洁易用的界面设计：界面应简洁直观，避免复杂的操作流程。使用清晰的按钮、图标和说明文字，帮助用户快速理解如何操作系统。
图像上传与分类展示：通过文件上传控件，用户可以方便地上传垃圾图片，系统应在后台进行分类，并将结果以易懂的方式展示给用户，例如显示分类标签和对应的图片。
05
拓展延伸
图形界面设计与用户体验
响应式设计：设计自适应网页，保证系统在不同设备（如PC、平板、手机）上都能良好显示和操作。
数据可视化：可以提供垃圾分类统计的可视化图表，帮助用户更好地理解分类的效果和改进空间。
Web开发框架：可以使用前端框架（如React、Vue.js）和后端框架（如Flask、Django）开发网页应用，使得垃圾分类系统在网页端的用户体验更佳。
06
课堂总结
1
引入新知内容
优化算法
2
优化算法的逻辑结构
3
完成课堂练习
4
进行相关知识拓展
1
2
3
4
07
板书设计
优化算法
1、进行新知引入
2、优化算法的逻辑结构
3、完成课堂练习
4、进行知识拓展
课后作业。
1、完成垃圾分类模型的训练与测试并优化。
2、编写垃圾分类系统制作过程。
08
课后作业
1、利用现有的垃圾分类数据集（如从Kaggle或者政府网站下载的数据），使用机器学习方法（如决策树、支持向量机、卷积神经网络等）进行垃圾分类模型的训练与测试，分析模型的性能，并提出优化建议。
08
课后作业
2、 根据你设计的垃圾分类系统，编写一份文档，详细阐述算法设计、实现步骤、测试和部署过程，讨论可能遇到的问题及解决办法。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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