淺談高校人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究

楊念，陳聰

(1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，廣東佛山，528137；2.恒大智慧科技有限公司，廣東深圳，518000）

0 引言

隨著人工智能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，相關(guān)行業(yè)對(duì)于技能型應(yīng)用型人才產(chǎn)生了迫切需求，高等教育正在發(fā)生革命性變化。高等教育和當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的結(jié)合更加緊密，教育方式、形態(tài)、內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式都在發(fā)生深刻變化。以學(xué)習(xí)者為主體，重視培養(yǎng)能力，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的全面發(fā)展，學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求也日益增長(zhǎng)，教育治理呈現(xiàn)出多方合作、廣泛參與的特點(diǎn)。作為戰(zhàn)略新興型技術(shù)之一，人工智能肩負(fù)著引領(lǐng)未來(lái)的重?fù)?dān)。目前，新一代的人工智能技術(shù)或與其相關(guān)的學(xué)科發(fā)展、科技創(chuàng)新、理論建模、軟件及硬件更新升級(jí)等正在快速整體推進(jìn)，正在引起鏈?zhǔn)教嵘?，推?dòng)當(dāng)前社會(huì)基于網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的各個(gè)領(lǐng)域快速向智能化飛躍。

人工智能技術(shù)改變?nèi)祟惿罘绞缴踔辽鐣?huì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的整體躍升。在教育行業(yè)，不少高校已經(jīng)開(kāi)設(shè)人工智能專業(yè)，人工智能作為新開(kāi)專業(yè)，無(wú)參考標(biāo)準(zhǔn)體系。在文獻(xiàn)[1]中指出，教師在編寫(xiě)人工智能相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作課程方面缺少經(jīng)驗(yàn)積累，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容選取和開(kāi)發(fā)的過(guò)程緩慢。并且人工智能相關(guān)課程配套實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)都需要大量且真實(shí)的行業(yè)數(shù)據(jù)集或案例，因此不能利用模擬仿真進(jìn)行教學(xué)。如果通過(guò)模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)不能讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能的切實(shí)應(yīng)用，會(huì)造成學(xué)生無(wú)法學(xué)以致用的局面。目前高校人工智能實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)普遍滯后，極大地阻礙了中國(guó)人工智能科學(xué)研究與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，不少高校迫切需要將人工智能應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中。

1 我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

1.1 實(shí)驗(yàn)室管理

目前，我國(guó)實(shí)驗(yàn)室在管理上具有的特點(diǎn)：一是管理方式落后，依賴人工管理；二是實(shí)驗(yàn)室人員流動(dòng)較大，登記制度不完善；三是信息監(jiān)控不到位。從實(shí)驗(yàn)室管理角度出發(fā)，人工智能技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室后可以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、自動(dòng)登記信息、智能配電、智能監(jiān)控等功能，能夠提高實(shí)驗(yàn)室的管理效率及安全。

1.2 實(shí)驗(yàn)室機(jī)房

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室機(jī)房不能滿足人工智能專業(yè)所開(kāi)設(shè)的相關(guān)課程對(duì)實(shí)驗(yàn)資源的需求。實(shí)驗(yàn)室已有的硬件設(shè)備資源，也基本不能滿足相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)要求?？焖俑碌募夹g(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境無(wú)法快速適應(yīng)人工智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。因此，人工智能實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)迫在眉睫。

2 人工智能技術(shù)

2.1 技術(shù)方向

人工智能作為當(dāng)下科技行業(yè)最熱門(mén)的技術(shù)之一，包含語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)音處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)四大部分。人工智能專業(yè)及學(xué)院的開(kāi)設(shè)，將會(huì)重點(diǎn)關(guān)注大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能基礎(chǔ)技術(shù)方向。類和識(shí)別系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

2.2.1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)主要包含圖像識(shí)別和視頻識(shí)別。目前，計(jì)算機(jī)視覺(jué)涉及的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)用于金融、司法、軍隊(duì)、公安、邊檢、政府、航天、電力、工廠、教育、醫(yī)療等行業(yè)。主要的應(yīng)用場(chǎng)景有人臉識(shí)別、視頻監(jiān)控及分析、圖片識(shí)別及分析、輔助或智能駕駛、三維圖像視覺(jué)、工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)、醫(yī)學(xué)影像診斷、圖像與視頻編輯、文字識(shí)別等。

2.2.2 語(yǔ)音識(shí)別

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是將人類語(yǔ)音中的詞語(yǔ)內(nèi)容轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的輸入，如二進(jìn)制編碼或字符序列[4]。

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)包含語(yǔ)音導(dǎo)航、語(yǔ)音檢索文檔、智能家居產(chǎn)品的控制、聽(tīng)寫(xiě)數(shù)據(jù)的錄入等應(yīng)用。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與機(jī)器翻譯、語(yǔ)音合成等自然語(yǔ)音處理技術(shù)結(jié)合，能夠構(gòu)建更實(shí)用、復(fù)雜的應(yīng)用，如語(yǔ)音翻譯為語(yǔ)音的應(yīng)用。

2.2.3 自然語(yǔ)音處理

自然語(yǔ)音處理，是指用計(jì)算機(jī)對(duì)自然語(yǔ)音的形、音、義等信息進(jìn)行分析處理。自然語(yǔ)言理解與自然語(yǔ)言生成是實(shí)現(xiàn)人機(jī)間的信息交流，是人工智能界、計(jì)算機(jī)科學(xué)和語(yǔ)言學(xué)界所共同關(guān)注的重要問(wèn)題。自然語(yǔ)音處理的具體表現(xiàn)形式包括機(jī)器翻譯、文本摘要、文本分類、文本校對(duì)、信息抽取、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別等?？梢哉f(shuō)，自然語(yǔ)音處理就是要計(jì)算機(jī)理解自然語(yǔ)言，自然語(yǔ)言處理機(jī)制涉及兩個(gè)流程，包括自然語(yǔ)言理解和自然語(yǔ)言生成。主要應(yīng)用有機(jī)器翻譯、自動(dòng)回答、信息檢索、情感分析、社交媒體等。

2.2.4 機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)涉及到的學(xué)科很多，其中囊括神經(jīng)科學(xué)、線性代數(shù)、計(jì)算機(jī)等。機(jī)器學(xué)習(xí)是大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)，本質(zhì)都是基于經(jīng)驗(yàn)的算法處理。按照是否需要監(jiān)督，機(jī)器學(xué)習(xí)能夠分為兩類，強(qiáng)化學(xué)習(xí)也是機(jī)器學(xué)習(xí)的一種技術(shù)。主要應(yīng)用場(chǎng)景是大數(shù)據(jù)分析與挖掘、垃圾郵件過(guò)濾、周期性數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、廣告點(diǎn)擊行為預(yù)測(cè)、商品圖片分類、模式識(shí)別等。

3 人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案介紹

圍繞人工智能相關(guān)專業(yè)實(shí)踐課程體系和職業(yè)需求，依據(jù)人工智能相關(guān)專業(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的需求，建設(shè)集課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)管理、實(shí)踐教學(xué)案例、實(shí)踐教學(xué)環(huán)境于一體的人工智能實(shí)驗(yàn)室。包含：人工智能實(shí)驗(yàn)室硬件資源；人工智能實(shí)驗(yàn)室軟件平臺(tái)；人工智能實(shí)驗(yàn)資源。

3.1 硬件資源

實(shí)驗(yàn)室硬件資源是為了滿足人工智能教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)管理的需求，提供基于人工智能領(lǐng)域相關(guān)計(jì)算能力，同時(shí)保障實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋的技術(shù)知識(shí)點(diǎn)能夠與目前人工智能人才的技能需求貼合，培養(yǎng)專業(yè)綜合能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)技能應(yīng)用的真實(shí)體驗(yàn)感，輔助學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

3.2 軟件平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)整體架構(gòu)分為平臺(tái)基礎(chǔ)層、WEB 服務(wù)層、用戶交互層。平臺(tái)基礎(chǔ)層利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行硬件資源管理，WEB 服務(wù)層提供用戶交互接口，用戶交互層為用戶提供友好的交互界面。人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)人工智能、大數(shù)據(jù)等相關(guān)專業(yè)方向的在線實(shí)驗(yàn)的綜合學(xué)習(xí)應(yīng)用。主要功能包括工作臺(tái)、實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、模型訓(xùn)練等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)對(duì) GPU 等硬件設(shè)備資源的管理、容器化、服務(wù)接口化及用戶交互，以資源庫(kù)的形式為學(xué)習(xí)者提供基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)課程資源、實(shí)踐項(xiàng)目資源和數(shù)據(jù)集資源。

3.3 人工智能實(shí)驗(yàn)資源

建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的引導(dǎo)式教學(xué)實(shí)踐資源，通過(guò)人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供統(tǒng)一的在線實(shí)踐活動(dòng)，其建設(shè)目標(biāo)是：形成人工智能基礎(chǔ)能力與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)能力培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系資源。人工智能實(shí)驗(yàn)資源主要包含：實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)源碼、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)硬件配套資。其中，實(shí)驗(yàn)硬件配套資源包含：智能人機(jī)交互平臺(tái)、智能機(jī)器人、智能家居設(shè)備等。

3.4 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程資源體系

人工智能專業(yè)一般開(kāi)設(shè)的課程分為人工智能基礎(chǔ)課程和人工智能專業(yè)課程?；A(chǔ)課程一般包含理論基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)、編程架構(gòu)、Linux 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)等。因此，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)包含的資源有Python 的基礎(chǔ)運(yùn)算、爬蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)、Linux 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)等。實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)可以包含實(shí)驗(yàn)室考勤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。人工智能專業(yè)課程一般包括機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言識(shí)別與處理等。因此，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以包含基于TensorFlow 的圖像識(shí)別，基于KNN 的商品推薦等實(shí)驗(yàn)資源。實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)則可以包含垃圾郵件屏蔽、車輛周圍環(huán)境檢測(cè)等。人工智能基礎(chǔ)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)后，可結(jié)合企業(yè)案例建設(shè)具有商業(yè)價(jià)值的資源，例如人臉識(shí)別、危險(xiǎn)駕駛監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療輔助診斷系統(tǒng)等。

4 結(jié)語(yǔ)

將人工智能運(yùn)用在高校實(shí)驗(yàn)室中，運(yùn)用人工智能技術(shù)建設(shè)滿足高校人工智能相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)需求的實(shí)驗(yàn)室，能夠有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理上的弊端，同時(shí)為人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。隨著信息化教育的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)將在教育領(lǐng)域應(yīng)用的越來(lái)越多。