讓虛谷號陪我“吟詩作對”

舒春平 謝作如

聊天機(jī)器人是人工智能的一個重要應(yīng)用模式，蘋果手機(jī)中的Siri、Win 10中的小娜和百度的小度，還有小愛音箱和天貓精靈等，都是被大家熟知的聊天機(jī)器人。這些機(jī)器人不僅可以聊天，還可以幫用戶做很多事情，如查天氣預(yù)報、設(shè)置鬧鐘，甚至還可以在線購物。

看多了功能強(qiáng)大的商業(yè)聊天機(jī)器人，難免有些審美疲勞。如果設(shè)計一款僅僅針對某個專業(yè)領(lǐng)域的聊天機(jī)器人，可能會吸引特定用戶的眼球。根據(jù)觀看央視節(jié)目《中國詩詞大會》激發(fā)的靈感，筆者萌發(fā)出一個想法——做一個可以“吟詩作對”的機(jī)器人（用戶讀上一句，機(jī)器人對出下一句）。

原理分析

從信息系統(tǒng)的角度看，聊天機(jī)器人的“聽”和“說”僅僅是信息的輸入和輸出，核心功能在于聊天的內(nèi)容如何體現(xiàn)“智能”。但是對筆者想做的這款機(jī)器人而言，難點(diǎn)反而不是聊天內(nèi)容的處理，而是語音識別和語音合成。因?yàn)椤耙髟娮鲗Α钡亩ㄎ?，可以確定這個機(jī)器人要做的僅僅是古詩詞方面的一問一答，問題和答案都是固定的，只要提供足夠大的詩詞庫即可。

聊天機(jī)器人的核心硬件，筆者選擇了虛谷號。虛谷號是一塊運(yùn)行Linux系統(tǒng)的迷你電腦，預(yù)裝了Python3.5。雖然根據(jù)虛谷號的當(dāng)前算力，在本地處理語音還有些“吃力”，但是借助于百度AI開放平臺，或者騰訊AI開放平臺，只要連上網(wǎng)絡(luò)就能識別語音和合成語音。這個“吟詩作對”機(jī)器人的系統(tǒng)流程如圖1所示，虛谷號僅僅作為一個采集語音和播放語音的智能終端，語音處理工作全部在云端完成。這種做法和現(xiàn)有的聊天機(jī)器人在工作原理上是一致的，如果離開網(wǎng)絡(luò)，就不能對話了。

原型設(shè)計

如果不考慮設(shè)計人形的結(jié)構(gòu)，這個聊天機(jī)器人的組成并不復(fù)雜。核心模塊清單如下：①虛谷號*1;②USB聲卡*1;③麥克風(fēng)*1;④小音箱*1。

虛谷號支持絕大多數(shù)免驅(qū)的USB聲卡，即插即用。當(dāng)然，也可以選擇自帶聲卡的小音箱（如上頁圖2）。常見的攝像頭大都集成麥克風(fēng)（上頁如圖3），也能夠使用。考慮到常見的聊天機(jī)器人運(yùn)用的是“語音喚醒”技術(shù)，而當(dāng)前虛谷號的固件還沒有集成這一功能，所以需要安裝幾個必要的庫。此外，筆者選擇了用“按下按鈕”的方式與機(jī)器人交互，類似喚醒Siri的方式（要按下手機(jī)的電源鍵），因而，還需要一塊Arduino擴(kuò)展板（如圖4）和普通按鈕傳感器（如圖5），這在創(chuàng)客空間里面是很常見的。

編程控制

給虛谷號編程的最好方式是通過Wi-Fi，即無線模式。虛谷號內(nèi)置了Jupyter，通過U盤方式正確設(shè)置Wi-Fi信息后，就會自動生成快捷方式，打開瀏覽器即可編程。訪問“vvBoardBook”文件夾，將看到很多范例，其中就有GPIO、百度AI和語音處理方面的筆記。核心代碼如圖6所示。

有了前面的基本庫和函數(shù)，下面的Python代碼編寫（如圖7）就比較容易了。首先是添加詩詞庫。限于篇幅，筆者用一個列表“shici”來存儲詩句。

接下來是主體程序（如下頁圖8），在這段代碼中，按鈕傳感器接在D4口，按下后虛谷號開始說提示語“請開始背誦古詩”，當(dāng)用戶說“床前明月光”，虛谷號如果正確識別，將對出下一句“疑是地上霜”，即用戶讀前一句（奇數(shù)），機(jī)器對出下一句（偶數(shù)）。

功能測試

完成好“吟詩作對”機(jī)器人后（如下頁圖9），筆者迎來了溫州中學(xué)的對外公開課，課題為“初識人工智能”。在這節(jié)公開課中，筆者演示了這一機(jī)器人的基本功能，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生還嘗試修改Python代碼，以實(shí)現(xiàn)更多的功能。事實(shí)證明，只要網(wǎng)絡(luò)夠快，對話過程流暢，幾乎不會有“延時”的情況。

在課堂上，學(xué)生提出了一些新的想法，如：設(shè)計成“飛花令”機(jī)器人，讓詩詞對話更加好玩;設(shè)計成迎賓機(jī)器人，向來賓介紹學(xué)校的校訓(xùn)和歷史;設(shè)計成“識字”機(jī)器人，學(xué)生只需將不認(rèn)識的字對準(zhǔn)攝像頭，機(jī)器人就會自動讀取并說出這個字的讀音和意思……

每一次打開Jupyter再運(yùn)行代碼的確有些煩瑣，其實(shí)虛谷號提供了多種啟動Python代碼的方式，最簡單的做法是：將.py文件復(fù)制到U盤的Python文件夾，命名為“main.py”，然后按下RST鍵代碼即可運(yùn)行。如果虛谷號采用電源口供電，那么不用按鍵，也會自動啟動。

結(jié)束語

隨著一些知名的AI框架不斷開源，人工智能的技術(shù)門檻也在不斷下降。在虛谷號上不僅可以采用調(diào)用網(wǎng)絡(luò)API的形式，利用云端服務(wù)器來處理信息，還可以安裝TensorFlow之類的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的知識。

本文涉及到的代碼已經(jīng)以.ipynb文件的形式放在虛谷號的最新版固件中，采用CC協(xié)議開源，期望有更多的創(chuàng)客愛好者能在這段代碼的基礎(chǔ)上，設(shè)計出更多有趣的AI應(yīng)用。