2

14
2

文字

分享

2
14
2

目前超夯的 AI 前瞻技術「深度學習」,用手機就可以跟數位替身對話——《 AI 大局》

PanSci_96
・2020/12/24 ・1577字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

編按:深度學習是目前AI發展的核心技術,特別是在影像辨識和自然語言的處理,最能發揮優勢,本篇文章將介紹最具代表性的深度學習技術和最新的應用案例。

CNN(卷積神經網路)的架構

CNN 原本的設計是用來模仿人類視覺功能,因此影像辨識是其主要的應用,
最近已經逐漸擴大應用範圍,訊號和自然語言處理也開始使用 CNN 了。

卷積神經網路 (Convolutional Neural Network,CNN) 是一種神經
網路模型,常用來處理規則排列的影像資料。CNN 這個名稱是從處理時使
用名為卷積 (convolution) 的數學運算而來。
下圖是 CNN 神經網路的基本架構,從圖中可以看到在輸入層和輸出層
之間,多了卷積層和池化層,兩者可以視為是一種過濾器。

CNN(卷積神經網路)的基本架構。圖/旗標

RNN(循環神經網路)的架構

RNN 與 CNN 都是最具代表性的深度學習模型。RNN 很擅長自然語言處理這類時間序列的資料,近來也常用於物聯網與機器異常檢測的應用。

RNN(Recurrent Neural Network,循環神經網路)是可以處理不定長度資料的神經網路。下圖說明了 RNN 的基礎結構。從圖中可以看出 RNN與 CNN 最大的不同在於,RNN 具有回饋 (Feedback) 機制,也就是在隱藏層中輸入前一次的輸出值 h。

RNN 的架構。圖/旗標

生成模型與 GAN(對抗式生成網路)——生成影像資料的技術

深度學習不僅可以辨識影像和聲音,也可以用來產生新資料。近年來,用神經
網路來生成文章、影像等技術不斷提升,相關的商業應用正不斷擴大發展中。

機器學習的分類模型有識別模型 (Discriminative Model) 和生成模型 (Generative Model) 兩種。常見的識別模型能預測輸入資料屬於各類別的機率,例如用 CNN 識別影像,並得到像狗 80 %、貓 20 %的機率輸出。

生成模型也會輸出屬於各類別的機率,但會先從大量的訓練資料中,推導出各類別適合的機率分佈,然後在預測新資料時,即可依新資料的分佈結果計算其機率。這裡所謂的機率分佈就如下圖所示,假設資料有 ○ 和 × 兩個類別,依照各類別樣本分佈的情形,就可推測出其機率分佈的範圍,也就是圖中橢圓的部份,而越靠近橢圓中心的資料,有較高的機率屬於該類別。

生成模型與機率分佈。圖/旗標

結合數位替身與 AI 生物辨識的行動銀行

美國的軟體公司 Sensory 多年來持續開發有關語音辨識的嵌入式裝置技術,該公司是使用名為 Virtual Teller 的 AI,開發了適用在行動銀行的解決方案。透過 Virtual Teller,使用者可以如同在櫃檯與服務人員溝通一般,虛擬人員對話同時進行交易。身份認證方面,則使用了語音辨識和人臉辨識的 AI 生物辨識技術以提高安全性。

此外,進行認證的 AI 內建於智慧型手機的應用程式中,因此取得的生物資訊不會上傳到網路。為了與智慧型手機的「數位替身」順暢對話,也搭載了語音辨識和語音合成功能,以提高互動效果。Sensory 透過將 AI 建置於手機軟體中,實現了高安全性且易於使用的使用者介面。

AI內建於手機,可讓用戶與「數位替身」對話。圖/FINOVATE

數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
所有討論 2
PanSci_96
989 篇文章 ・ 684 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。


1

1
1

文字

分享

1
1
1

為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化


數感宇宙探索課程,現正募資中!

所有討論 1
快樂文化
9 篇文章 ・ 7 位粉絲