基于人工智能視覺識別的菜品自主成分分析相關探索
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摘 要：當前，人工智能加速發展，呈現出深度學習、跨界融合、人機協同、群智開放、自主操控等新特征。大數據驅動知識學習、跨媒體協同處理、人機協同增強智能、群體集成智能、自主智能系統成為人工智能的發展重點，受腦科學研究成果啟發的類腦智能蓄勢待發，芯片化硬件化平臺化趨勢更加明顯，人工智能發展進入新階段。新一代人工智能相關學科發展、理論建模、技術創新、軟硬件升級等整體推進，正在引發鏈式突破，推動經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。傳統的食堂菜品計價需高強度的重復計算，造成過高的錯誤率，也造成人員短時間工作負荷過大、效率低下。文章結合現有的人工智能視覺識別技術，對相關的菜品識別、成分分析、價格展示這一系統的開發意義，主要功能和實現途徑進行論證。
關鍵詞：人工智能;視覺識別;食堂;健康膳食
中圖分類號：TP18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）13-0048-02
Abstract： At present， artificial intelligence accelerates the development， showing new characteristics， such as deep learning， cross-border integration， human-computer cooperation， open group intelligence， autonomous control and so on. Big data drives knowledge learning， cross-media collaborative processing， human-computer cooperation to enhance intelligence， group integration intelligence， autonomous intelligence system has become the focus of artificial intelligence development， brain-like intelligence inspired by brain science research results is ready to go. The trend of chip hardware platform is more obvious， and the development of artificial intelligence has entered a new stage. The development of the new generation of artificial intelligence related disciplines， theoretical modeling， technological innovation， software and hardware upgrading and other overall promotion is triggering a chain breakthrough， promoting the economic and social fields from digital， network to intelligent acceleration. The traditional canteen food pricing needs high intensity of repeated calculation， resulting in high error rate and low efficiency. Based on the existing artificial intelligence visual recognition technology， this paper demonstrates the development significance， main functions and realization ways of the related dish recognition， component analysis and price display system.
Keywords： artificial intelligence; visual recognition; canteen; healthy diet
1 長春工業大學食堂菜品計價營養成分展示方法及其存在的問題
1.1 目前長春工業大學食堂就餐及其計價，菜品營養成分展示方法
根據連續多日觀察，就其性質而言，學校是組織形式人群密集的場所，其食堂承擔了學生及教職工的餐配任務，膳食搭配任務。食堂工作人員在其食堂正門口通過填寫相應菜品原材料的價格表，來展示菜品價格，食堂工作人員通過菜品重量實現計價。但是菜品營養成分展示及其搭配并沒有相對應的告示及其展示。
1.2 目前的食堂就餐及計價，菜品營養成分展示方法及其存在的問題
?。?）菜品價格，相關工作人員通過填寫相應菜品的原材料的價格，來展示相對應的價格，這并不是一個合理科學的方式。菜品原材料的價格并不代表相對應所做菜品的價格，通過加工之后，價格成本變化，同時采用人工窗口進行價格計算，計算準確率無法保證，所以這樣容易產生二義性。就其食堂工作人員的計價方式，通過人工打菜的方式，人工進行相對應重量的價格計算，極其容易產生高錯誤率的困境，如若產生此情景，易對相關的工作人員和用餐者產生情緒影響，既降低了工作人員的主觀能動性，又降低了服務質量，并且影響用餐人員的用餐情緒。
?。?）菜品營養成分，沒有相對應的展示模塊。依據《中國居民膳食營養指南》[2]所提出的學生處于學習階段，生長發育迅速，對能量和營養素的需要相對高于成年人。均衡的營養是智力和體格正常發育，乃至一生健康的基礎。這一時期也是飲食行為和生活方式形成的關鍵時期，家庭、學校和社會要積極開展飲食教育。了解食物、學習烹飪、提高營養科學素養。三餐合理，規律進餐，培養良好飲食習慣合理選擇零食，禁止飲酒，多飲水少喝含糖飲料不偏食節食不暴飲暴食，保持適宜體重增長。增加戶外活動，保證每天活動60分鐘等是其中提出的核心要求。尤其以高校為主的學生大量聚集的場所，更應該提供相關的菜品的營養成分，使其形成合理，健康的營養理念。長春工業大學地處東北，其菜品多以東北菜系為主，菜品多以重油、重鹽、口味重為其主要特點。特別食堂菜品油、鹽的使用量非常高，這并不利于合理膳食的健康理念的踐行。 ?。?）食堂運轉效率，食堂檔口開始工作時，已經采取了多個檔口同時開啟，但是對于統一時間就餐的學生及其教職工來講，其數量仍舊較小，并且各個檔口的人數并不均衡，這造成了峰值就餐時間工作人員有時手忙腳亂，有時無所事事的現狀。由于各個檔口的運轉效率不一，必然會產生峰值波動不一的情況，同時會有新員工對于此項工作較為陌生，其準確性、高效性必然有所損失。一旦某一檔口發生糾紛，便增大了相應的工作量，降低了某一檔口的效率，影響了食堂的運轉效率。
?。?）資源浪費，隨著經濟社會的迅速發展，人們對于相應的健康理念的踐行，高油高鹽食物逐漸被清淡，健康的食物所替代，就作者個人觀察，當就餐者面對某些高油高鹽菜品的食用時，會進行菜品的舍棄，例如吃一半，扔一半。一方面，菜品補充了相應的熱量及其營養素，但過多的油和鹽的攝入，反而會影響身體的健康，所以諸多菜品實際的使用率并不高，那么必然會出現資源浪費的情況。
2 實行基于人工智能視覺識別的菜品自主成分及其計價的可行性
據《AI人工智能》[3]從社會層面上看，進入21世紀后，更多的人工智能與智能系統研究課題獲得各種國家基金計劃支持，并與中國國民經濟和科技發展的重大需求相結合，力求為國家做出更大貢獻?；谌斯ぶ悄艿难由旒夹g已經應用于面部識別、汽車自動駕駛、過站安檢等生活應用場景。并且，已經在越來越多的應用市場細分開了，包括醫療、安防、智能出行、智能家居、娛樂等多項領域都有應用人工智能技術。其中以百度云、阿里云、華為云為主的各家大型互聯網公司，提供商用層級的人工智能視覺識別接口調用，為技術先行，鋪平了道路，提供了相應的技術保障。
實行基于人工智能視覺識別的菜品自主成分及其計價的系統具有更好的實際意義。
在《未來簡史》這本書籍中所提出：“如果說第一次認知革命是因為智人的DNA起了一點小變化，讓人類擁有虛構的能力，創造了宗教、國家、企業等概念，使其成為地球的統治者;那么未來，算法和生物技術將帶來人類的第二次認知革命，完成從智人到神人的物種進化?！比斯ぶ悄軐槲覀儙順O大的便利，基于此得到以下幾點有利合理性。
有利于充分調用工作人員的主觀能動性。通過視覺識別出菜品，并且提供相關的菜品價格，這樣科學合理的有效方式，既免除了食堂工作人員的繁瑣重復的計算勞動，也提升了食堂就餐時的工作效率，讓工作人員從繁復的重復性的勞動中解放出來，使其更好的提供相對應的服務。增加了食堂的人性化，高質量化。
有利于提高準確性，降低峰值波動的影響。一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國德克薩斯州的一場龍卷風。初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應。食堂為大量的學生及其教職工提供餐配服務，在就餐時間的高峰期，倘若因為某窗口的就餐體驗發生波動，那么對于整個食堂運轉的效率都會產生極其巨大的影響。通過相對應的合理科學的計算手段，極大程度的能夠減免，因價格計算產生的相對應的波動，降低了就餐峰值時期的波動，增加了整個系統的抗壓性能。
有利于合理膳食，健康體魄?；谌斯ぶ悄芤曈X識別的菜品自主成分分析，能夠提供相對應的菜品的熱量及其營養素，能夠為廣大學生，教職工提供具有科學性的營養成分，使用者可以依據自身需求，進行用餐搭配。更好的踐行飲食教育，了解食物、學習烹飪、提高營養科學素養。
有利于菜品信息的分類統計。對于食堂后廚的菜品采購提供相對應的數據支持，可以通過相對應的識別素材的調用次數，可視化、準確化、簡潔明了的看出相關菜品的使用情況，通過系統設定的調用查詢，可以清楚了解當日、當月、當年的菜品販售情況，可以按照具體類別排序、歸納有利于后續工作的開展。根據工作需要，也可以通過分析相對應的大數據，來分析熱門菜品，營養元素的搭配，為后續食堂配餐工作提供了高效，有序，科學的數據支持。
有利于節約資源，避免浪費。實行視覺識別菜品系統后，不論教職工還是學生、工作人員，都能形成適量食用，合理搭配，既節約了食堂對于菜品制作的資金，又使用餐人員合理進行點餐，避免了資源的浪費。
3 基于人工智能視覺識別的菜品自主成分及其計價的系統的實現途徑
3.1 依托現有商業落地化成熟方案實現
實現這一系統的最重要的因素之一便是其技術的實現，通過《2018年人工智能行業分析報告》[5]中所特別提到互聯網巨頭加快布局這一章節，百度、騰訊、阿里、華為等開放AI平臺，投資并購AI創業公司，不斷構建和拓展AI產業生態，多家公司推出了個人及其商用級別的視覺識別接口調用?？梢哉f在技術的實現上已經成熟。
3.2 相關素材準備
該系統需要大量的數據，進行機器學習。但是應用于各大巨頭現有的AI技術開放平臺，可以避免這一過程的準備，只需要進行相關的菜品素材圖片拍攝，價格，營養元素的相關信息錄入。進行相應菜品的入庫、識別、重復訓練，就能通過相對應的AI技術達到預期的效果。
3.3 現場重復校正
教職工及其相關的使用人員，在現場使用期間，可以通過機器進行多次反饋。隨著反饋次數的增多，達到機器學習的再次訓練。倘若發生不準確事件，可以通過相關工作人員進行現場修改，避免了因系統發生故障而產生的相關問題。進行二次確認，使其準確率得到提高。
參考文獻：
[1]國務院.新一代人工智能發展規劃[Z].國發（2017）35號.2017.
[2]楊曉光.中國膳食居民指南.修訂專家委員會副主任委員.
[DB/OL]https：//wenku.baidu.com/view/9643d23a492fb4daa58da0116
c175f0e7cd11963.html，2017.
[3]谷建陽.AI人工智能[M].北京：清華大學出版社，2018.
[4][以]尤瓦爾·赫拉利.未來簡史[M].林俊宏，譯.北京：中信出版社，2017.
[5]百度文庫.2018年人工智能行業分析報告[DB/OL]https：//wenku.baidu.com/view/909f4944cec789eb172ded630b1c59eef9c79a5f.html
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