基于圖形化編程的AI圖像生成應用開發

關鍵詞：圖形化編程；App Inventor；ChatGPT；人工智能；ImageBot 組件

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）36-0103-04 開放科學（資源服務） 標識碼（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所表現出的智能行為，涉及計算機科學、數學、心理學、神經科學、統計學等多個學科領域。人工智能的研究目標是通過理解人類的智能行為，將這些智能行為轉化為計算機程序，使計算機能夠模擬人類的學習、思考、推理、規劃、識別、感知、解決問題和創造等活動。

人工智能的研究始于 20世紀 50 年代，經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則的方法，如專家系統和邏輯推理。然而，這些方法在處理復雜問題和不確定性問題時遇到了困難。

20世紀 90年代，隨著機器學習的發展，人工智能進入了一個新的階段。機器學習使計算機能夠通過學習大量數據來自動改進其性能，而無需人為編寫復雜的規則。近年來，深度學習的出現進一步推動了人工智能的發展，使計算機在圖像識別、自然語言處理、語音識別等任務上取得了突破性的進展。

1.2 人工智能的應用領域

人工智能的應用領域非常廣泛，例如：

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

2） 自動駕駛。通過感知周圍環境，自動駕駛汽車能夠自主導航和駕駛，從而改善交通安全和效率，例如華為星河 AI 自動駕駛網絡解決方案。

3） 醫療診斷。人工智能在醫療領域的應用包括輔助診斷、病理分析和藥物研發，有助于提高醫療服務的質量和效率。

4） 金融科技。人工智能在金融領域的應用包括信用評估、風險管理和智能投資顧問等，能夠幫助金融機構更好地服務客戶。

5） 智能制造。通過引入人工智能技術，制造業可以實現生產過程的自動化和智能化，從而提高生產效率和產品質量。

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） 是一種能夠創建新內容的人工智能系統，是人工智能從1.0時代邁入 2.0 時代的重要標志。GAI 通過對大量數據的學習和分析，能夠生成文本、圖像、音頻、視頻等原創內容。與傳統人工智能不同，生成式人工智能不僅能夠對輸入數據進行處理，還能學習和模擬事物的內在規律，自主創造出新的內容。

2.2 生成式人工智能的技術原理

生成式人工智能的核心技術主要包括兩個方面：生成模型和深度學習。生成模型是一種統計模型，能夠學習數據的分布，從而生成與訓練數據相似的新數據。深度學習是一種強大的機器學習技術，通過構建多層神經網絡來學習數據的復雜結構。在生成式人工智能中，深度學習通常用于訓練生成模型，使其能夠捕捉數據的高層次特征和內在規律。

2.3 生成式人工智能的應用領域

生成式人工智能的應用領域非常廣泛，已在許多領域展現出巨大的潛力和價值，深刻影響著我們的工作、生活和學習。以下是一些主要的應用領域：

1） 藝術創作。生成式人工智能可以創作出獨特的藝術作品，如繪畫、音樂、詩歌等，甚至能夠模仿著名藝術家的風格。

2） 內容創作。在新聞、社交媒體、公眾號等領域，生成式人工智能可以自動生成文章、標題、描述等文本內容，提高內容生產的效率和質量。

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

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

5） 數據增強。在機器學習領域，生成式人工智能可被用于生成大量訓練數據，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（生成式預訓練變換模型） ，是一種基于互聯網數據訓練的文本生成深度學習模型。GPT 是一種自然語言處理模型，采用 Transformer 結構和預訓練技術，能夠學習自然語言的結構和規律，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驗室OpenAI推出的一種人工智能技術驅動的自然語言處理工具，使用了 Transformer 神經網絡架構。這是一種專門用于處理序列數據的模型，具備語言理解和文本生成能力。ChatGPT 通過連接大量語料庫進行訓練，這些語料庫包含了真實世界中的對話內容，使得 ChatGPT 具備廣泛的知識儲備，并能夠根據聊天的上下文進行互動，幾乎可以實現與人類無異的交流場景。

2022年末，OpenAI 推出的 ChatGPT 標志著這一技術在文本生成領域取得了顯著進展。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，我國人工智能核心產業規模也在不斷提升。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大模型數量已超過190個，注冊用戶數量超過6億。

4 App Inventor介紹

4.1 App Inventor簡介

隨著移動互聯網的迅猛發展，對移動應用程序（Application，簡寫為 App） 的開發需求日益增長。然而，傳統的編程方式對于非專業開發者而言門檻較高，需要深入學習復雜的編程語言。

為降低這一門檻，Google 實驗室（Google Lab） 與麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology， MIT） 聯合推出了 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，旨在幫助非專業開發者輕松創建 Android 應用程序。通過簡單的拖拽組件和編寫邏輯，用戶可以快速創建真實可用的應用程序，而無需具備專業的編程知識。

鴻蒙系統（HarmonyOS） 是華為公司于2019年推出的一款分布式操作系統，支持華為手機、平板、智慧屏等智能終端設備。據統計，截至2024年6月，華為自主研發的鴻蒙操作系統（HarmonyOS） 已超越蘋果的 iOS 系統，成為中國手機市場的第二大操作系統。使用App Inventor 開發的移動應用程序可以運行在鴻蒙系統（HarmonyOS） 平臺上。

App Inventor 創新性地使用了“搭積木、玩拼圖”的方法來開發 Android 移動應用程序。具體而言：

1） 拖拽圖形組件設計用戶界面。像搭樂高積木一樣簡單直觀。App Inventor 系統提供了豐富的組件庫，涵蓋用戶界面、多媒體、繪圖動畫、地圖、傳感器等多種類別，共計 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現程序的各種功能，像玩拼圖一樣充滿創造性，學習者可以是“零”編程基礎。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，還有效避免了傳統編程中常見的拼寫錯誤問題。

由Hal Abelson教授領導的麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（Computer Science and Artifi-cial IntellIGENCE Laboratory，簡稱CSAIL）團隊，包括教職員工和學生，積極推進App Inventor的研發和服務支持。用戶可通過官方網站（http：//appinventor.mit.edu）訪問相關資源和信息。

Hal Abelson教授曾說：“App Inventor編寫的應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完成。”App Inventor正在改變開發者創建移動應用程序的方式，同時也在變革青少年學習計算科學的方法。

4.2 App Inventor功能特點

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、標簽等）到界面設計區域，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雜性，使得即便是編程零基礎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個組件（版本：MIT App Inventor nb 197）。每個組件具有特定的功能和用途，用戶可以根據應用程序的需求選擇合適的組件進行開發。

3）直接調用設備功能。App Inventor支持直接調用Android設備的功能，如藍牙、攝像頭、傳感器、GPS等。這使開發者能夠快速創建具有豐富交互性、實用性強且有趣的應用程序，例如拍照應用、錄音應用、導航應用等。

4）支持可編程互動硬件。除了支持Android設備外，App Inventor還支持與可編程互動硬件（如Micro：bit、樂高機器人、Arduino等）的結合。這使用戶能夠通過手機控制這些硬件，從而實現更加復雜且有趣的應用場景。

4.3 App Inventor開發流程

1）登錄并創建新項目。用戶登錄App Inventor服務器后，可以創建新的項目并為其命名。

2）設計界面。在【Designer組件設計】界面中，用戶可以通過拖拽組件到_圖區來構建應用程序的界面。

3）編寫程序邏輯。在【Blocks邏輯設計】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以及組件的基本屬性、方法和事件等。

4）測試與調試。用戶可以使用模擬器或連接真實的Android設備對程序進行測試和調試。

5）打包與發布。完成開發和測試后，用戶可以將應用程序打包成APK文件，并發布到Android設備上使用。

4.4 App Inventor服務器

App Inventor使用瀏覽器（例如Chmme、Edge、Sa-fari等）乍為開發平臺，無須安裝其他軟件或搭建復雜的開發環境，只要能夠連接互聯網，就可以開發An-droid移動應用程序（App）。主要工作依賴于App In-ventor服務器來提供程，存儲、資源存儲、程序譯和構建等功能。

“在線開發+云服務器App Inventor移動應用程序開發的最大特色。開發者通過瀏覽器訪問AppInventor服務器，先注冊賬號，然后登錄服務器進行移動應用程序開發。開發者創建的應用程序工程項目均保存在App Inventor云服務器中。