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Academic Year/course: 2022/23

615 - Máster Universitario en Robótica, Gráficos y Visión por Computador / Robotics, Graphics and Computer Vision

69152 - Machine Learning


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
69152 - Machine Learning
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
615 - Máster Universitario en Robótica, Gráficos y Visión por Computador / Robotics, Graphics and Computer Vision
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
First semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The goal of this subject is to study the main machine learning techniques, understand their mathematical and algorithmic foundations, and be able to apply them in realistic examples related to robotics, graphics and computer vision.

These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDG, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific goals, in such a way that the acquisition of the Learning outcomes of the subject provides training and competence to the student to contribute to a certain extent to their achievement:

  • Goal 8: Promote sustained, inclusive and sustainable economic growth, full and productive employment and decent work for all
    • Target 8.3 Promote development-oriented policies that support productive activities, the creation of decent jobs, entrepreneurship, creativity and innovation, and encourage the formalization and growth of micro, small and medium-sized enterprises, including through access to financial services
  • Goal 9: Build resilient infrastructure, promote inclusive and sustainable industrialization, and foster innovation
    • Target 9.4 By 2030, modernize infrastructure and reconvert industries so that they are sustainable, using resources more efficiently and promoting the adoption of clean and environmentally sound industrial technologies and processes, and ensuring that all countries take measures in accordance with their respective capabilities
  • Goal 16: Promote peaceful and inclusive societies for sustainable development, facilitate access to justice for all, and create effective, accountable and inclusive institutions at all levels
    • Target 16.7 Ensure the adoption at all levels of inclusive, participatory and representative decisions that respond to the needs

1.2. Context and importance of this course in the degree

Machine learning is a cross-cutting and essential field of study today in many areas of application, including robotics, graphics, and computer vision. Therefore, it is essential to provide the student with a good machine learning background to be able to face innovative developments in the mentioned fields.

1.3. Recommendations to take this course

Prior knowledge of programming, basic algebra, calculus and statistics is recommended.

2. Learning goals

2.1. Competences

The student will acquire the following basic and general skills:

  • CB6 – To possess and understand knowledge that provides a basis or opportunity to be original in the development and / or application of ideas, often in a research context.
  • CB7 - That students know how to apply the acquired knowledge and ability to solve problems in new or little-known settings within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of ​​study.
  • CB8 - That students are able to integrate knowledge and face the complexity of formulating judgments based on information that, being incomplete or limited, includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to the application of their knowledge and judgments.
  • CB9 - That students know how to communicate their conclusions and the latest knowledge and reasons that support them to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous way.
  • CB10 - That students possess the learning skills that allow them to continue studying in a way that will have to be largely self-directed or autonomous.
  • CG02 - Ability to apply and integrate their knowledge, their understanding, their scientific foundation and their problem-solving abilities in new and imprecisely defined environments, including multidisciplinary contexts, as highly specialized researchers and professionals.
  • CG03 - Ability to evaluate and select the appropriate scientific theory and the precise methodology of their fields of study to formulate judgments based on incomplete or limited information, including, when necessary and pertinent, considerations on social or ethical responsibility linked to the solution that is proposed in each case.
  • CG04 - Ability to predict and control the evolution of complex situations by developing new and innovative work methodologies adapted to the specific scientific / research, technological or professional field, generally multidisciplinary, in which their activity is carried out.
  • CG05 - Ability to transmit in English, orally and in writing, in a clear and unambiguous way, to a specialized audience or not, results from scientific and technological research or the most advanced field of innovation, as well as the most relevant foundations on which they are based.
  • CG06 – To have developed sufficient autonomy to participate in research projects and scientific or technological collaborations within their subject area, in interdisciplinary contexts and, where appropriate, with a high component of knowledge transfer.
  • CG07 - Ability to take responsibility for your own professional development and specialization in one or more fields of study.
  • CG09 - Ability to use the techniques, skills and tools of Engineering necessary for solving problems of the Robotics, Graphics and / or Computer Vision fields.
  • CG11 - Ability to manage and use bibliography, documentation, databases, software and hardware specific to the fields of Robotics, Graphics and / or Computer Vision.
  • CG12 - Ability to work in a multidisciplinary group and in a multilingual environment.

The student will acquire the following specific skills:

  • CE01 - Ability to apply mathematical and artificial intelligence methods to model, design and develop Robotics, Graphics and / or Computer Vision systems and applications.
  • CE08 - Ability to conceive, design and develop Machine Learning systems, and apply them to Robotics, Graphics and / or Computer Vision problems.

2.2. Learning goals

The student must be able to:

  • Know the different types of machine learning systems.
  • Understand the fundamental algorithms of supervised and unsupervised learning.
  • Understand the fundamentals of decision systems and reinforcement learning.
  • Be able to adequately prepare training and evaluation data.
  • Know how to analyze the results of a learning system.
  • Design and develop Machine Learning systems for different applications related to Robotics, Computer Graphics or Computer Vision.

2.3. Importance of learning goals

Machine learning systems have become fundamental parts of a multitude of systems that require the analysis of large amounts of data, opening up new opportunities and topics for study and application in many areas, including robotics, graphics and computer vision.

Applications such as search engines, recommendation systems, bioinformatics, social networks, personal assistants, intelligent transport, among others, make use of machine learning techniques. This makes the ability to develop this type of systems have a notable and growing interest for our society, both in research and industrial environments.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

  • E01 [40%] - Written and laboratory examination. One or more tests on practical cases proposed by the teachers or on the project developed by the student. This includes evaluation of the activity performed during the practical sessions.
  • E02 [50%] - Directed work. Assignments, exercises, and reports of laboratory sessions, in which the knowledge and skills acquired in the course will be put into practice.
  • E03 [10%] - Presentations and debates. Oral presentations and discussions of the results from assignments and lab sessions will be evaluated.

To pass the course, it will be necessary to pass the E01 examination with at least a grade of 5 out of 10 points (N1), and the E02 examination (during the sessions or through the delivery of reports) with a grade of at least 5 on 10 points (N2).

In case of passing both tests, the final grade will be calculated according to the following formula: 0.4 * N1 + 0.5 * N2 + 0.1 * N3. If neither N1 nor N2 is exceeded, the final grade will be one of the highest. In case of not passing N1 or N2, the grade will be that of the failed test.

Global evaluation will consist of a single evaluation where the three types of activities described above (N1,N2,N3) will be evaluated, following the same weights.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology is geared towards achieving the learning outcomes and skills described above. The teaching-learning process will be carried out through multiple activities: master classes and expert talks (oral presentations of content), problem solving classes (examples and practical cases with active participation of students), laboratory sessions (in small groups, with simulation tools or real systems) and the development of practical assignments and study work supervised by the faculty.

More details regarding the development of the subject will be specified on the first day of class.

4.2. Learning tasks

The course consists of 6 ECTS credits that correspond to an estimated student dedication of 150 hours distributed as follows:

  • Master class. Problem-solving and cases: 38h
  • Laboratory sessions: 15h
  • Assignments of practical application or research work: 31 h
  • Study: 60 h
  • Assessment and evaluation activities: 6 h

4.3. Syllabus

The course will cover the following modules:

  • Introduction to probability and linear algebra for machine learning
  • Supervised learning (regression and classification models, linear and non-linear approximations)
  • Unsupervised learning
  • Reinforcement learning
  • Machine learning applications for robotics, graphics and computer vision

4.4. Course planning and calendar

The calendar of the subject will be defined by the center in the academic calendar of the corresponding course. 

The detailed calendar of activities will be available in Moodle, and will be presented on the first day of class.

4.5. Bibliography and recommended resources

  • Machine Learning: a Probabilistic Perspective, by Kevin Patrick
    Murphy, MIT Press, 2012
  • Deep Learning, Ian Goodfellow and Yoshua Bengio and Aaron Courville,
    MIT Press, 2016
  • Mathematics for Machine Learning. Marc Peter Deisenroth, A. Aldo
    Faisal, and Cheng Soon Ong. Published by Cambridge University Press
    2020
  • Reinforcement Learning: An Introduction, Richard S. Sutton and
    Andrew G. Barto, Second Edition, MIT Press, 2018

Biblioteca Unizar:

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=69152&year=2020


Curso Académico: 2022/23

615 - Máster Universitario en Robótica, Gráficos y Visión por Computador / Robotics, Graphics and Computer Vision

69152 - Machine Learning


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
69152 - Machine Learning
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
615 - Máster Universitario en Robótica, Gráficos y Visión por Computador / Robotics, Graphics and Computer Vision
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

El objetivo de la asignatura es estudiar las principales técnicas de aprendizaje automático, comprender sus fundamentos matemáticos y algorítmicos, y ser capaces de aplicarlas en ejemplos realistas relacionados con robótica, gráficos y visión por computador.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

  • Objetivo 8: Promover el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo y el trabajo decente para todo
    • Meta 8.3 Promover políticas orientadas al desarrollo que apoyen las actividades productivas, la creación de puestos de trabajo decentes, el emprendimiento, la creatividad y la innovación, y fomentar la formalización y el crecimiento de las microempresas y las pequeñas y medianas empresas, incluso mediante el acceso a servicios financieros
  • Objetivo 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación
    • Meta 9.4 De aquí a 2030, modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles, utilizando los recursos con mayor eficacia y promoviendo la adopción de tecnologías y procesos industriales limpios y ambientalmente racionales, y logrando que todos los países tomen medidas de acuerdo con sus capacidades respectivas
  • Objetivo 16: Promover sociedades pacíficas e inclusivas para el desarrollo sostenible, facilitar el acceso a la justicia para todos y crear instituciones eficaces, responsables e inclusivas a todos los niveles
    • Meta 16.7 Garantizar la adopción en todos los niveles de decisiones inclusivas, participativas y representativas que respondan a las necesidades

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

El aprendizaje automático es un campo de estudio transversal y esencial hoy en día en muchas áreas de aplicación, entre ellas la robótica, los gráficos y la visión por computador. Por lo tanto, es esencial dotar al alumno de una base en este campo para poder afrontar desarrollos innovadores en los campos mencionados.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Conocimientos previos de programación y álgebra, cálculo y estadística básica.

 

 

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

El estudiante adquirirá las siguientes competencias básicas y generales:

  • CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades
  • CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
  • CG02 -  Capacidad para aplicar e integrar sus conocimientos, la comprensión de estos, su fundamentación científica y sus capacidades de resolución de problemas en entornos nuevos y definidos de forma imprecisa, incluyendo contextos de carácter multidisciplinar tanto investigadores como profesionales altamente especializados
  • CG03 - Capacidad para evaluar y seleccionar la teoría científica adecuada y la metodología precisa de sus campos de estudio para formular juicios a partir de información incompleta o limitada incluyendo, cuando sea preciso y pertinente, una reflexión sobre la responsabilidad social o ética ligada a la solución que se proponga en cada caso
  • CG04 - Capacidad para predecir y controlar la evolución de situaciones complejas mediante el desarrollo de nuevas e innovadoras metodologías de trabajo adaptadas al ámbito científico/investigador, tecnológico o profesional concreto, en general multidisciplinar, en el que se desarrolle su actividad
  • CG05 -  Capacidad para transmitir en inglés, de manera oral y escrita,  de un modo claro y sin ambigüedades a un público especializado o no, resultados procedentes de la  investigación científica y tecnológica o del ámbito de la innovación más avanzada, así como los fundamentos más relevantes sobre los que se sustentan.
  • CG06 -  Haber desarrollado la autonomía suficiente para participar en proyectos de investigación y colaboraciones científicas o tecnológicas dentro su ámbito temático, en contextos interdisciplinares y, en su caso, con una alta componente de transferencia del conocimiento.
  • CG07 - Capacidad para asumir la responsabilidad de su propio desarrollo profesional y de su especialización en uno o más campos de estudio.
  • CG09 - Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la resolución de problemas de los ámbitos de la Robótica, Gráficos y/o Visión por Computador.
  • CG11 - Capacidad para gestionar y utilizar bibliografía, documentación, bases de datos, software y hardware específicos de los ámbitos de la Robótica, Gráficos y/o Visión por Computador.
  • CG12 - Capacidad para trabajar en un grupo multidisciplinar y en un entorno multilingüe

El estudiante adquirirá las siguientes competencias específicas:

  • CE01 - Capacidad para aplicar métodos matemáticos y de inteligencia artificial para modelar, diseñar y desarrollar sistemas y aplicaciones de Robótica, Gráficos y Visión por Computador.
  • CE08 - Capacidad para concebir, diseñar y desarrollar sistemas de Aprendizaje Automático, y aplicarlos a problemas de Robótica, Gráficos y Visión por Computador.

2.2. Resultados de aprendizaje

El alumno deberá ser capaz de:

  • Conocer los diferentes tipos de sistemas de aprendizaje automático.
  • Comprender los algoritmos fundamentales de aprendizaje supervisado y no supervisado.
  • Comprender los fundamentos de sistemas de decisión y aprendizaje por refuerzo.
  • Ser capaz de preparar adecuadamente datos de entrenamiento y evaluación. 
  • Saber analizar los resultados de un sistema de aprendizaje.
  • Diseñar y desarrollar sistemas de Aprendizaje Automático para diferentes aplicaciones relacionadas con Robótica,  Gráficos por Computador o Visión por Computador.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los sistemas de aprendizaje automático se han convertido en partes fundamentales de multitud de sistemas que requieren el análisis de grandes cantidades de datos, abriendo nuevas oportunidades y temas de estudio y aplicación en numerosos ámbitos, entre los que encontramos la robótica, los gráficos y la visión por computador. 

Aplicaciones como buscadores de información, sistemas de recomendación, bioinformática, redes sociales, asistentes para personas, transporte inteligente, entre otros, hacen uso de técnicas de aprendizaje automático, y hacen que la capacidad de desarrollar este tipo de sistemas tenga un interés notable y creciente en la sociedad, tanto en un ámbito de investigación como industrial.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

  • E01 [40%] - Prueba escrita y de laboratorio. Una o varias pruebas sobre casos prácticos propuestos por los profesores o sobre el proyecto desarrollado por el alumno. Evaluación de la realización de prácticas durante las sesiones.
  • E02  [50%] -  Trabajos dirigidos. Trabajos,  ejercicios,  e informes de las prácticas de laboratorio, en los que se pondrá en práctica los conocimientos y habilidades adquiridos en la asignatura. 
  • E03  [10%] - Presentaciones y debates de forma oral. Se valorarán las presentaciones y discusiones orales realizadas de los trabajos, ejercicios y las prácticas.

Para aprobar la asignatura será necesario superar la prueba de tipo E01 con al menos una nota de 5 sobre 10 puntos (N1), y la de tipo E02 (durante las sesiones o mediante la entrega de informes) con una nota de al menos 5 sobre 10 puntos (N2). 

En caso de superar ambas pruebas, la nota final se calculará de acuerdo a la siguiente fórmula: 0.4*N1+0.5*N2+0.1*N3. En caso de no superar ni N1 ni N2, la nota final será de la mayor de ellas. En caso de no superar N1 o N2, la nota será la de la prueba no superada.

La opción de evaluación global consistirá en una prueba única en la que se evaluarán los mismos tres tipos de actividades con la misma ponderación.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

La metodología está orientada a conseguir los resultados de aprendizaje y las competencias descritas anteriormente. El proceso de enseñanza-aprendizaje se llevará a cabo a través de múltiples actividades: clases magistrales y charlas de expertos (exposición de contenidos), clases de problemas (ejemplos y casos prácticos con participación activa de los estudiantes), prácticas de laboratorio (en grupos reducidos, con herramientas de simulación o sistemas reales) y la realización de trabajo práctico y estudio tutelado por los profesores.

Más detalles relativos al desarrollo de la asignatura se concretarán el primer día de clase.

4.2. Actividades de aprendizaje

La asignatura consta de 6 créditos ECTS que corresponden con una dedicación del alumno estimada en 150 horas distribuidas del siguiente modo:

  • Clase magistral. Resolución de problemas y casos: 38h 
  • Prácticas de laboratorio y Prácticas especiales: 15h
  • Realización de trabajos de aplicación o investigación prácticos: 31 h
  • Estudio: 60 h
  • Pruebas de evaluación: 6 h

4.3. Programa

El curso cubrirá los siguientes bloques:

  1. Introducción a probabilidad y álgebra lineal para machine learning
  2. Aprendizaje supervisado (modelos de regresión y clasificación, aproximaciones lineales y no-lineales)
  3. Aprendizaje no-supervisado
  4. Aprendizaje por refuerzo
  5. Aplicaciones de machine learning para robótica, gráficos y visión por computador

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

El calendario de la asignatura estará definido por el centro en el calendario académico del curso correspondiente.

El calendario detallado de actividades estará disponible en Moodle, y se presentará el primer día de clase.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

  • Machine Learning: a Probabilistic Perspective, by Kevin Patrick
    Murphy, MIT Press, 2012
  • Deep Learning, Ian Goodfellow and Yoshua Bengio and Aaron Courville,
    MIT Press, 2016
  • Mathematics for Machine Learning. Marc Peter Deisenroth, A. Aldo
    Faisal, and Cheng Soon Ong. Published by Cambridge University Press
    2020
  • Reinforcement Learning: An Introduction, Richard S. Sutton and
    Andrew G. Barto, Second Edition, MIT Press, 2018

Biblioteca Unizar:

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=69152&year=2020