1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 专题三 人工智能应用 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 00 Qsbzw.indd 51 2023/3/28 13:27:53 要点1人工智能硬件 要 点 评 估要 点 详 述 重要程度★★★★ ☆ 了解人工智能硬件，能列举出几种人工智能硬件 难度★★★★ ☆ 我们在生活中看到的各种各样具有神奇功能的“智能机器”，如图3-1 所示，它们里面都包含了各种人工智能硬件。 图3-1 生活中的“智能机器” 人工智能作品的构成要素如图3-2 所示。 图3-2 人工智能作品的构成要素 Qsbzw.indd 52 2023/3/28 13:27:56 53 人工智能的硬件是指配备了微处理器，具有便捷性和可扩展性，能够进 行数据采集与多媒体播放，执行人工智能相关软件包，完成人工智能应用程 序演示的硬件。在科技整体快速发展的今天，由于科学家和工程师的努力， 人工智能硬件技术不断突破，各种各样算力强大的芯片和性能优越的传感器 层出不穷。目前，我们在市场上看到的人工智能硬件就有很多种，包括树莓 派（Raspberry Pi）、Arduino、51 单片机等，如图3-3 所示。 图3-3 常见的人工智能硬件 这里给大家介绍一款人工智能硬件——小栗方（如图3-4 所示），它是 一款功能强大、体积小巧、操作便捷，为普及人工智能教育而生的人工智能 硬件。它适配PAAT 全国青少年编程能力等级 考试要求，紧贴义务教育信息科技课程标准， 支持图形化编程和Python 编程，有丰富的自主 研发AI 模型，可以让学生体验AI 全流程学习。 麻雀虽小五脏俱全，它集成多种传感器，不需 要外接设备，即可向使用者提供AI 功能，包 括图像识别、语音识别、语音朗读、情感分析等， 让使用者轻松完成创意作品。 图3-4 小栗方 Qsbzw.indd 53 2023/3/28 13:28:00 要点2语音识别和图像识别在生 活中的应用 要 点 评 估要 点 详 述 重要程度★★★★ ☆ 了解语音识别和图像识别在生产生活中的应用 难度★★★☆ ☆ （如智能家居、智能校园、智能物流、智能交通、 智能医疗等） 1. 语音识别在生活中的应用 语音识别主要是一系列能自动、准确地识别、记录、处理（包括翻译） 人类语音的技术，所涉及的学科领域包括信号处理、模式识别、概率论和信 息论、发声机理和听觉机理、人工智能等。 语音识别的主要应用包括实时翻译、语音书写、电脑系统声控、智能语 音客服等，目前，这些功能在我们身边比较直观体现的如智能家居：当主人 回到家后，可以和带有语音识别功能的各种语音小助手直接对话。如“小爱 同学，播放一首好听的歌”“嘿，siri，打开卧室灯”“天猫精灵，将卧室空 调调为26℃”等，如图3-5 所示。大家看到，在日常生活中通过使用带有语 音识别功能的各种智能电器，极大地提升了人们的生活质量。 2. 图像识别在生活中的应用 图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不 同模式的目标和对象的技术，是应用深度学习算法的一种实践。 图像识别有着很广泛的应用，下面举例说明。 Qsbzw.indd 54 2023/3/28 13:28:00 55 图3-5 语音识别技术在智能家居中的应用 智能物流：智能物流就是利用条形码、射频识别技术、传感器、全球定 位系统等先进的物联网技术，通过信息处理和网络通信技术平台广泛应用于 物流业运输、仓储、配送、包装、装卸等基本活动环节，实现货物运输过程 的自动化运作和高效率优化管理，提高物流行业的服务水平，降低成本，减 少自然资源和社会资源消耗，如图3-6 所示。 图3-6 智能物流——成本降低，效率提升 智能交通：在交通方面可以帮助交通主管部门获取实时交通信息、监管 道路信息和车流；随着平安城市等技术的发展，配合图像识别技术可以在安 防及监控领域被用来指认嫌疑人；从个人用户角度来讲，最直接就是可以帮 Qsbzw.indd 55 2023/3/28 13:28:01 56 专题三 人工智能应用 我们规划不堵车的行车路线以及合适的出行时间，如图3-7 所示。 图3-7 智能交通——规划最优出行方案 智能医疗：如图3-8 所示，医疗成像分析结合大数据技术等可以被用来 提高疾病预测、诊断和治疗的准确度。据最新的报道，相关技术已经被用于 高端机器人手术。 图3-8 智能医疗——打造健康档案区域医疗信息平台 智慧校园：智慧校园平台可丰富老师的教学手段，有助于学生的学习体 验，如图3-9 所示。人脸识别也可以被学校用来建设智慧校园，保障师生的 安全。 Qsbzw.indd 56 2023/3/28 13:28:05 57 图3-9 智能校园——给学校安全之门，给教育方便之门 Qsbzw.indd 57 2023/3/28 13:28:17 要点3体验简单的人工智能程序 要 点 评 估要 点 详 述 重要程度★★★☆ ☆ 1. 能够借助人工智能硬件完成人工智能的学习 难度★★★☆ ☆ 与体验； 2. 能够使用人工智能图形化编程平台体验程序 示例 体验语音识别程序示例 1. 语音识别是一种人机交互方式，也是工智能的主要应用领域。与机器进 行语音交流，让机器明白你在说什么。语音识别在生活中有各种各样的应用 场景，如语音助手、智能音箱等。 语音助手界面如图3-10 所示。 例如，在手机上唤醒语音助手 后，可以直接通过语音控制手机的 操作。其他常见的带有语音识别功 能的设备有智能音箱、智能电视机、 智能空调等。 图3-10 语音助手界面 Qsbzw.indd 58 2023/3/28 13:28:18 59 语音识别系统主要包含四部 分：特征提取与信号处理、声学模 型、语言模型、解码搜索，如图3-11 所示。 首先，我们在计算机上打开人 工智能图形化编程平台，用数据线 连接小栗方，准备在平台上编写程 序，如图3-12 所示。 图3-12 人工智能图形化编程平台和智能硬件小栗方的连接 图3-11 语音识别系统模型 Qsbzw.indd 59 2023/3/28 13:28:30 60 专题三 人工智能应用 图3-12 （续） 编写程序时，应当根据语音识别的流程依次编写相应的指令。首先要对 需要识别的语音进行设定，然后开始进行语言模型训练。得到相应的语言模 型后，就可以进行解码搜索工作（获取语音识别结果）了，流程如图3-13 所示。 图3-13 语音识别流程 在了解了语音识别的基本原理后，接下来我们一起通过一个语音互动的 程序来实现和小栗方的“语音对话”吧。程序示如图3-14 所示。 通过分析图3-14 的程序示例我们发现，程序都是先设置待识别的语音 内容，再开始训练语言模型，最后才进行语音识别，得到识别结果之后判断 满足哪个选择结构的条件，就可以按照我们编写好的“剧本”选择不同的功 能语句回答。 2. 体验图像识别程序示例 图像识别是模式识别的一个研究分支，也是人工智能应用的重要领域， 目的是让机器能够“看见”周围的东西，同时还能够“理解”看到的事物。图3-15 Qsbzw.indd 60 2023/3/28 13:28:35 61 是一个图像识别的实例。 图3-15 图像识别的过程 图像识别的过程分以下几步：信息获取、预处理、特征提取和识别。我们 在编写程序时，首先根据图像的属性进行分类选择（如动物、水果、数字、字母、 垃圾、形状、颜色），与此同时，我们还要注意获取图像画面的方向是“拍摄” 方向还是“镜像拍摄”方向，当我们选定这个指令时，默认为“拍摄”，如 图3-16 所示。拍摄时，如果我们发现拍摄的效果 和实际现实中的对象完全相反，这时候选择“镜 像拍摄”，那么拍摄的效果和现实世界是一致的。 接下来，我们通过一个动物识别的程序来了解人工智能图形化编程平台 是如何实现图像识别的。程序示例如图3-17 所示。 图3-16 图像识别程序积木块 图3-14 编程实现和小栗方语音对话 Qsbzw.indd 61 2023/3/28 13:28:39 62 专题三 人工智能应用 图3-17 图像识别猫程序示例 程序运行结果如图3-18 所示。 图3-18 图像识别“猫”的程序运行过程 Qsbzw.indd 62 2023/3/28 13:28:48 63 图3-18 （续） Qsbzw.indd 63 2023/3/28 13:29:00 64 专题三 人工智能应用 通过上面图像识别的示例，同学们可以发现虽然图像识别的原理较为复 杂，但是用人工智能图形化编程平台实现时，我们只需要对识别的内容进行 标定即可。示例中程序执行后，要求拍摄，那么我们就把小栗方拿到要识别 的动物面前，单击拍摄按钮，发现识别结果显示为“猫”，我们可以通过朗 读识别结果来进行语音答复。 接下来我们一起看看图像识别和语音识别技术的综合应用，程序示例如 图3-19 所示。 图3-19 程序示例 通过图3-19 的程序示例，我们知道图像识别与语音识别可以同时实 现。同学们可以结合生活中的实际情况，试一试设计出属于自己的人工智 能应用的程序，使用小栗方体验一下语音识别和图像识别等人工智能功 能吧！ Qsbzw.indd 64 2023/3/28 13:29:01 65 能力测试3 题目一：下面不属于人工智能的应用领域的是（）。 A. 可以对话的机器人 B. 人工控制的开关 C. 自动分拣机器人D. 自动驾驶汽车 核心要点：人工智能的应用。 思路分析：人工智能的应用主要看是否使用到人工智能的相关技术，对 话机器人使用语音识别；分拣机器人与自动驾驶汽车都用到图像识别。人工 控制的开关并未使用任何人工智能技术。 题目解答：正确答案是B 选项。 题目二：下面不属于语音识别的指令是（）。 A. B. C. D. 核心要点：语音识别原理。 思路分析：语音识别的主要流程是通过语音输入得到特征模型进行语音 模型训练，然后再对语音进行识别，给出识别结果。 题目解答：正确答案是A 选项。 题目三：下面不属于图像识别过程的是（）。 A. 识别 B. 信息获取 C. 特征提取 D. 输出图像 Qsbzw.indd 65 2023/3/28 13:29:03 66 专题三 人工智能应用 核心要点：图像识别原理。 思路分析：图像识别的步骤为“信息获取—预处理—特征提取—识别”。 输出图像为最终的结果，不是图像识别的过程。 题目答案：正确答案是D 选项。 附 加 习 题 1. 下列哪一项不属于人工智能的研究领域？（） A. 编程语言 B. 模式识别 C. 神经网络 D. 图像识别 2. 下面哪一项人工智能的应用不是自然语言处理？（） A. 语音识别 B. 语义理解 C. 手写输入 D. 语音输入 3. 实操题：在人工智能图形化编程平台完成以下内容的程序编写。 （1）添加扩展模块：语音识别。 （2）添加扩展模块：文字朗读。 （3）当识别到语音“你好”后，程序回答“很高兴认识你”。 （4）当识别到语音“举头望明月”后，程序回答“低头思故乡”。 4. 实操题：在人工智能图形化编程平台完成以下内容的程序编写。 （1）添加扩展模块：图像识别（识别内容：数字“1”）。 （2）添加扩展模块：语音识别（识别内容：“开始识别”）。 （3）当识别到语音“开始识别”后，程序回答“正在识别”后，开始图 像识别。 （4）舞台中显示识别结果，程序回答“1”。 本专题附加习题参考答案： 1. A 2. C 1 Qsbzw.indd 66 2023/3/28 13:29:03