基于圖形化編程的AI圖像生成應(yīng)用開發(fā)

關(guān)鍵詞：圖形化編程；App Inventor；ChatGPT；人工智能；ImageBot 組件

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）36-0103-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

1 人工智能

1.1 人工智能簡介

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱 AI） 是指由人類制造的系統(tǒng)所表現(xiàn)出的智能行為，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。人工智能的研究目標(biāo)是通過理解人類的智能行為，將這些智能行為轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序，使計(jì)算機(jī)能夠模擬人類的學(xué)習(xí)、思考、推理、規(guī)劃、識(shí)別、感知、解決問題和創(chuàng)造等活動(dòng)。

人工智能的研究始于 20世紀(jì) 50 年代，經(jīng)歷了多次高潮與低谷。在早期，人工智能的研究主要集中于基于規(guī)則的方法，如專家系統(tǒng)和邏輯推理。然而，這些方法在處理復(fù)雜問題和不確定性問題時(shí)遇到了困難。

20世紀(jì) 90年代，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，人工智能進(jìn)入了一個(gè)新的階段。機(jī)器學(xué)習(xí)使計(jì)算機(jī)能夠通過學(xué)習(xí)大量數(shù)據(jù)來自動(dòng)改進(jìn)其性能，而無需人為編寫復(fù)雜的規(guī)則。近年來，深度學(xué)習(xí)的出現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)了人工智能的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)在圖像識(shí)別、自然語言處理、語音識(shí)別等任務(wù)上取得了突破性的進(jìn)展。

1.2 人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域

人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如：

1） 智能助手。能夠理解和回應(yīng)人類的語音指令，提供各種信息服務(wù)，例如智能音箱、智能家居，代表性產(chǎn)品包括華為小藝、小度機(jī)器人和蘋果 Siri 等。

2） 自動(dòng)駕駛。通過感知周圍環(huán)境，自動(dòng)駕駛汽車能夠自主導(dǎo)航和駕駛，從而改善交通安全和效率，例如華為星河 AI 自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)解決方案。

3） 醫(yī)療診斷。人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用包括輔助診斷、病理分析和藥物研發(fā)，有助于提高醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率。

4） 金融科技。人工智能在金融領(lǐng)域的應(yīng)用包括信用評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)管理和智能投資顧問等，能夠幫助金融機(jī)構(gòu)更好地服務(wù)客戶。

5） 智能制造。通過引入人工智能技術(shù)，制造業(yè)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2 生成式人工智能

2.1 生成式人工智能的定義

生成式人工智能（Generative Artificial Intelligence，簡稱 GAI） 是一種能夠創(chuàng)建新內(nèi)容的人工智能系統(tǒng)，是人工智能從1.0時(shí)代邁入 2.0 時(shí)代的重要標(biāo)志。GAI 通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，能夠生成文本、圖像、音頻、視頻等原創(chuàng)內(nèi)容。與傳統(tǒng)人工智能不同，生成式人工智能不僅能夠?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行處理，還能學(xué)習(xí)和模擬事物的內(nèi)在規(guī)律，自主創(chuàng)造出新的內(nèi)容。

2.2 生成式人工智能的技術(shù)原理

生成式人工智能的核心技術(shù)主要包括兩個(gè)方面：生成模型和深度學(xué)習(xí)。生成模型是一種統(tǒng)計(jì)模型，能夠?qū)W習(xí)數(shù)據(jù)的分布，從而生成與訓(xùn)練數(shù)據(jù)相似的新數(shù)據(jù)。深度學(xué)習(xí)是一種強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過構(gòu)建多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在生成式人工智能中，深度學(xué)習(xí)通常用于訓(xùn)練生成模型，使其能夠捕捉數(shù)據(jù)的高層次特征和內(nèi)在規(guī)律。

2.3 生成式人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域

生成式人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，已在許多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力和價(jià)值，深刻影響著我們的工作、生活和學(xué)習(xí)。以下是一些主要的應(yīng)用領(lǐng)域：

1） 藝術(shù)創(chuàng)作。生成式人工智能可以創(chuàng)作出獨(dú)特的藝術(shù)作品，如繪畫、音樂、詩歌等，甚至能夠模仿著名藝術(shù)家的風(fēng)格。

2） 內(nèi)容創(chuàng)作。在新聞、社交媒體、公眾號(hào)等領(lǐng)域，生成式人工智能可以自動(dòng)生成文章、標(biāo)題、描述等文本內(nèi)容，提高內(nèi)容生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

3） 游戲開發(fā)。生成式人工智能可被用于創(chuàng)造游戲中的角色、場(chǎng)景、劇情等元素，為玩家提供更加豐富和多樣化的游戲體驗(yàn)。

4） 虛擬助手。生成式人工智能可以用于創(chuàng)建更加智能化和個(gè)性化的虛擬助手，能夠與用戶進(jìn)行自然語言交互，提供更加豐富和靈活的服務(wù)。

5） 數(shù)據(jù)增強(qiáng)。在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，生成式人工智能可被用于生成大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，從而提高模型的性能和泛化能力。

3 ChatGPT介紹

GPT全稱為Generative Pre-Trained Transformer（生成式預(yù)訓(xùn)練變換模型） ，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的文本生成深度學(xué)習(xí)模型。GPT 是一種自然語言處理模型，采用 Transformer 結(jié)構(gòu)和預(yù)訓(xùn)練技術(shù)，能夠?qū)W習(xí)自然語言的結(jié)構(gòu)和規(guī)律，并生成符合語法和語義的文本。

ChatGPT 是由美國人工智能研究實(shí)驗(yàn)室OpenAI推出的一種人工智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)的自然語言處理工具，使用了 Transformer 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這是一種專門用于處理序列數(shù)據(jù)的模型，具備語言理解和文本生成能力。ChatGPT 通過連接大量語料庫進(jìn)行訓(xùn)練，這些語料庫包含了真實(shí)世界中的對(duì)話內(nèi)容，使得 ChatGPT 具備廣泛的知識(shí)儲(chǔ)備，并能夠根據(jù)聊天的上下文進(jìn)行互動(dòng)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)與人類無異的交流場(chǎng)景。

2022年末，OpenAI 推出的 ChatGPT 標(biāo)志著這一技術(shù)在文本生成領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。2023年被稱為生成式人工智能的突破之年，生成式人工智能入選“2023年度十大科技名詞”。

與此同時(shí)，我國人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在不斷提升。截至 2024年8月，中國已完成備案并上線的生成式人工智能服務(wù)大模型數(shù)量已超過190個(gè)，注冊(cè)用戶數(shù)量超過6億。

4 App Inventor介紹

4.1 App Inventor簡介

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，對(duì)移動(dòng)應(yīng)用程序（Application，簡寫為 App） 的開發(fā)需求日益增長。然而，傳統(tǒng)的編程方式對(duì)于非專業(yè)開發(fā)者而言門檻較高，需要深入學(xué)習(xí)復(fù)雜的編程語言。

為降低這一門檻，Google 實(shí)驗(yàn)室（Google Lab） 與麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology， MIT） 聯(lián)合推出了 App Inventor，這是一款革命性的圖形化編程工具。它是一種完全在線的 Android 編程環(huán)境，通過積木式的堆疊方式完成 Android 程序的編寫，旨在幫助非專業(yè)開發(fā)者輕松創(chuàng)建 Android 應(yīng)用程序。通過簡單的拖拽組件和編寫邏輯，用戶可以快速創(chuàng)建真實(shí)可用的應(yīng)用程序，而無需具備專業(yè)的編程知識(shí)。

鴻蒙系統(tǒng)（HarmonyOS） 是華為公司于2019年推出的一款分布式操作系統(tǒng)，支持華為手機(jī)、平板、智慧屏等智能終端設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2024年6月，華為自主研發(fā)的鴻蒙操作系統(tǒng)（HarmonyOS） 已超越蘋果的 iOS 系統(tǒng)，成為中國手機(jī)市場(chǎng)的第二大操作系統(tǒng)。使用App Inventor 開發(fā)的移動(dòng)應(yīng)用程序可以運(yùn)行在鴻蒙系統(tǒng)（HarmonyOS） 平臺(tái)上。

App Inventor 創(chuàng)新性地使用了“搭積木、玩拼圖”的方法來開發(fā) Android 移動(dòng)應(yīng)用程序。具體而言：

1） 拖拽圖形組件設(shè)計(jì)用戶界面。像搭樂高積木一樣簡單直觀。App Inventor 系統(tǒng)提供了豐富的組件庫，涵蓋用戶界面、多媒體、繪圖動(dòng)畫、地圖、傳感器等多種類別，共計(jì) 14 大類近百種組件。

2） 基于塊語言的編程。App Inventor 的編程語言被稱為塊語言，通過拼裝不同的語言塊來實(shí)現(xiàn)程序的各種功能，像玩拼圖一樣充滿創(chuàng)造性，學(xué)習(xí)者可以是“零”編程基礎(chǔ)。語言塊通過不同顏色和形狀表示不同的程序功能，不僅簡化了編程過程，還有效避免了傳統(tǒng)編程中常見的拼寫錯(cuò)誤問題。

由Hal Abelson教授領(lǐng)導(dǎo)的麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（Computer Science and Artifi-cial IntellIGENCE Laboratory，簡稱CSAIL）團(tuán)隊(duì)，包括教職員工和學(xué)生，積極推進(jìn)App Inventor的研發(fā)和服務(wù)支持。用戶可通過官方網(wǎng)站（http：//appinventor.mit.edu）訪問相關(guān)資源和信息。

Hal Abelson教授曾說：“App Inventor編寫的應(yīng)用程序或許不是很完美，但它們卻是普通人都能做的，而且通常可以在幾分鐘內(nèi)完成。”App Inventor正在改變開發(fā)者創(chuàng)建移動(dòng)應(yīng)用程序的方式，同時(shí)也在變革青少年學(xué)習(xí)計(jì)算科學(xué)的方法。

4.2 App Inventor功能特點(diǎn)

1）圖形化編程界面。App Inventor采用圖形化編程界面，用戶可以通過拖拽組件（如文本框、按鈕、圖像、標(biāo)簽等）到界面設(shè)計(jì)區(qū)域，然后利用拼圖式的邏輯塊來編寫程序代碼。這種方式極大地降低了編程的復(fù)雜性，使得即便是編程零基礎(chǔ)的用戶也能快速入門。

2）豐富的組件庫。App Inventor提供了豐富的組件庫，包括按鈕、文本框、標(biāo)簽、圖片、列表視圖、Web瀏覽器、傳感器組件、地圖組件等，共有14大類、98個(gè)組件（版本：MIT App Inventor nb 197）。每個(gè)組件具有特定的功能和用途，用戶可以根據(jù)應(yīng)用程序的需求選擇合適的組件進(jìn)行開發(fā)。

3）直接調(diào)用設(shè)備功能。App Inventor支持直接調(diào)用Android設(shè)備的功能，如藍(lán)牙、攝像頭、傳感器、GPS等。這使開發(fā)者能夠快速創(chuàng)建具有豐富交互性、實(shí)用性強(qiáng)且有趣的應(yīng)用程序，例如拍照應(yīng)用、錄音應(yīng)用、導(dǎo)航應(yīng)用等。

4）支持可編程互動(dòng)硬件。除了支持Android設(shè)備外，App Inventor還支持與可編程互動(dòng)硬件（如Micro：bit、樂高機(jī)器人、Arduino等）的結(jié)合。這使用戶能夠通過手機(jī)控制這些硬件，從而實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜且有趣的應(yīng)用場(chǎng)景。

4.3 App Inventor開發(fā)流程

1）登錄并創(chuàng)建新項(xiàng)目。用戶登錄App Inventor服務(wù)器后，可以創(chuàng)建新的項(xiàng)目并為其命名。

2）設(shè)計(jì)界面。在【Designer組件設(shè)計(jì)】界面中，用戶可以通過拖拽組件到_圖區(qū)來構(gòu)建應(yīng)用程序的界面。

3）編寫程序邏輯。在【Blocks邏輯設(shè)計(jì)】界面中，用戶可以通過拼接程序塊來編寫程序的邏輯。這些程序邏輯塊包括常用的基本函數(shù)以及組件的基本屬性、方法和事件等。

4）測(cè)試與調(diào)試。用戶可以使用模擬器或連接真實(shí)的Android設(shè)備對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。

5）打包與發(fā)布。完成開發(fā)和測(cè)試后，用戶可以將應(yīng)用程序打包成APK文件，并發(fā)布到Android設(shè)備上使用。

4.4 App Inventor服務(wù)器

App Inventor使用瀏覽器（例如Chmme、Edge、Sa-fari等）乍為開發(fā)平臺(tái)，無須安裝其他軟件或搭建復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境，只要能夠連接互聯(lián)網(wǎng)，就可以開發(fā)An-droid移動(dòng)應(yīng)用程序（App）。主要工作依賴于App In-ventor服務(wù)器來提供程，存儲(chǔ)、資源存儲(chǔ)、程序譯和構(gòu)建等功能。

“在線開發(fā)+云服務(wù)器App Inventor移動(dòng)應(yīng)用程序開發(fā)的最大特色。開發(fā)者通過瀏覽器訪問AppInventor服務(wù)器，先注冊(cè)賬號(hào)，然后登錄服務(wù)器進(jìn)行移動(dòng)應(yīng)用程序開發(fā)。開發(fā)者創(chuàng)建的應(yīng)用程序工程項(xiàng)目均保存在App Inventor云服務(wù)器中。