讓虛谷號陪我“吟詩作對”

舒春平 謝作如

聊天機器人是人工智能的一個重要應用模式，蘋果手機中的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器人。這些機器人不僅可以聊天，還可以幫用戶做很多事情，如查天氣預報、設置鬧鐘，甚至還可以在線購物。

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

原理分析

從信息系統的角度看，聊天機器人的“聽”和“說”僅僅是信息的輸入和輸出，核心功能在于聊天的內容如何體現“智能”。但是對筆者想做的這款機器人而言，難點反而不是聊天內容的處理，而是語音識別和語音合成。因為“吟詩作對”的定位，可以確定這個機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。

聊天機器人的核心硬件，筆者選擇了虛谷號。虛谷號是一塊運行Linux系統的迷你電腦，預裝了Python3.5。雖然根據虛谷號的當前算力，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，只要連上網絡就能識別語音和合成語音。這個“吟詩作對”機器人的系統流程如圖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。這種做法和現有的聊天機器人在工作原理上是一致的，如果離開網絡，就不能對話了。

原型設計

如果不考慮設計人形的結構，這個聊天機器人的組成并不復雜。核心模塊清單如下：①虛谷號*1;②USB聲卡*1;③麥克風*1;④小音箱*1。

虛谷號支持絕大多數免驅的USB聲卡，即插即用。當然，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（上頁如圖3），也能夠使用。考慮到常見的聊天機器人運用的是“語音喚醒”技術，而當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”的方式與機器人交互，類似喚醒Siri的方式（要按下手機的電源鍵），因而，還需要一塊Arduino擴展板（如圖4）和普通按鈕傳感器（如圖5），這在創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。虛谷號內置了Jupyter，通過U盤方式正確設置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，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），機器對出下一句（偶數）。

功能測試

完成好“吟詩作對”機器人后（如下頁圖9），筆者迎來了溫州中學的對外公開課，課題為“初識人工智能”。在這節公開課中，筆者演示了這一機器人的基本功能，很好地激發了學生的學習興趣。學生還嘗試修改Python代碼，以實現更多的功能。事實證明，只要網絡夠快，對話過程流暢，幾乎不會有“延時”的情況。

在課堂上，學生提出了一些新的想法，如：設計成“飛花令”機器人，讓詩詞對話更加好玩;設計成迎賓機器人，向來賓介紹學校的校訓和歷史;設計成“識字”機器人，學生只需將不認識的字對準攝像頭，機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再運行代碼的確有些煩瑣，其實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。

結束語

隨著一些知名的AI框架不斷開源，人工智能的技術門檻也在不斷下降。在虛谷號上不僅可以采用調用網絡API的形式，利用云端服務器來處理信息，還可以安裝TensorFlow之類的機器學習框架，學習機器學習、神經網絡方面的知識。

本文涉及到的代碼已經以.ipynb文件的形式放在虛谷號的最新版固件中，采用CC協議開源，期望有更多的創客愛好者能在這段代碼的基礎上，設計出更多有趣的AI應用。