課程資訊
課程名稱
計算與資料科學導論
Introduction to computational & Data Sciences 
開課學期
105-2 
授課對象
理學院  數學系  
授課教師
王偉仲 
課號
MATH5052 
課程識別碼
221 U7090 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期一8,9,10(15:30~18:20) 
上課地點
 
備註
上課教室:天數301
總人數上限:40人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1052cds 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
本課程尚未建立核心能力關連
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

電腦計算能力的高速發展,以及大量搜集或產生的資料,讓計算科學與資料科學這兩個跨領域的學科,透過前所未見的快速步伐,在物理、化學、生物、醫學、社會、經濟等科學與工程領域,大幅改變人類獲得新發現的方法,不停的將人類的知識前沿向前推進,並創造出各式各樣的應用。計算與資料科學,對各領域的研究學者、專業人員與學生而言,都是有效分析與解決問題,極為重要的工具。能否掌握這些工具,對其競爭力有重要的影響。
計算與資料科學,包含數學與統計方法,計算機軟硬體,以及應用領域知識等三個面向。本課程協助學生,從這三個面向,了解計算與資料科學的思維方式,欣賞這門學問的美麗,並學習開發計算工具來解決實際問題。也讓學生理解,在各式各樣的計算方法深層,數學與統計如何連結並推動這些方法的發展,進而對往後的學習產生更高的興趣與動機。
本課程以講課、實作、討論、線上教學、與合作學習等方式進行教學。課程內容包含基本運算(向量、矩陣、邏輯控制、迴圈、迭代、子函式、輸入輸出、除錯、資料視覺化等),數學與統計工具(線性與非線性系統,特徵值問題,奇異值分解,曲線耦合,數值微分與積分、最佳化、偏微分方程投影法、Legendre多項式、隨機變數、最大似然估計、蒙地卡羅法、模型擬合、維度縮減等),以及應用問題(人臉辨識,深度學習、離子通道、影像壓縮、影像去雜訊、影像校準、編碼解碼、推薦系統等)。本課程將透過下列主軸,達到學習的目的。
1. 基本 MATLAB 程式語言寫作:
介紹 MATLAB 程式語言,學習如何使用 MATLAB 解決數學與統計相關問題。
2. 問題解決,演算法開發,與計算思維等能力:
課堂中將有多個學習單元,每個學習單元包含 (a) 動機問題鋪陳 (取材自科學、工程、生物、社會科學等應用),(b) 數學與統計的演算法發展,以及相關 MATLAB 語法,(c) 程式寫作與除錯,(d) 計算結果詮釋及其數學與科學意涵探究。
3. 小組計畫:
整合與應用課堂所學,增進跨領域的視野與理解,嘗試創新的思考,並培養規劃與實踐計畫的能力。
 

課程目標
- 能理解動機問題
- 能對問題解決進行概念性的抽象思考,產生邏輯性的解決方案(演算法)
- 能將演算法具體化,以 MATLAB 實作程式
- 能透過除錯與數值實驗方式,將演算法與程式發展得更嚴謹與更有效率。
- 增進計算與資料科學的基本素養(包含離散化、維度、趨近、資料視覺化、隨機、與複雜度)
- 透過程式與數學的交互作用,加強利用數值計算與幾何圖形進行推理的能力
- 能對科學,數學,電腦計算有跨領域的整體觀與思維
- 培養口語溝通與表達能力
- 培養合作、創造與寫作能力
 
課程要求
微積分,線性代數,基本程式能力,主動積極的學習態度。 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
另約時間 
參考書目
[1] An Interactive Introduction to MATLAB (www.see.ed.ac.uk/teaching/courses/matlab/)
[2] Data-Driven Modeling & Scientific Computation: Methods for Complex Systems and Big Data Paperback (2013), J. Nathan Kutz
[3] Coding the Matrix: Linear Algebra through Applications to Computer Science Paperback (2013), Philip N. Klein
[4] Insight Through Computing: A MATLAB Introduction to Computational Science and Engineering (2010), by Charles F. Van Loan and K.-Y. Daisy Fan.
[5] “A Matlab Companion for Multivariable Calculus” by Jeffery Cooper. ISBN-13: 978-0121876258
[6] MATLAB 程式設計 [入門篇],張智星
[7] Experiments with MATLAB, by Cleve Moler, 2009 (www.mathworks.com/moler/exm/index.html)
[8] MATLAB Guide (2nd edition) by Desmond J. Higham and Nicholas J. Higham
(www.see.ed.ac.uk/teaching/courses/matlab/) 
指定閱讀
[1] 教師自編講義 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
作業 
30% 
 
2. 
期中考 
30% 
 
3. 
小組學期計畫 
40% 
 
 
課程進度
週次
日期
單元主題