ورقة بحثية من 130 صفحة كتبها طبيب من جامعة تشجيانغ تعلمك كيفية قطف البطيخ باستخدام الذكاء الاصطناعي

إذا سألت عن الفاكهة التي تتناسب مع الصيف، فإن الإجابة يجب أن تكون البطيخ. وباعتبارها منتجًا ومستهلكًا رئيسيًا للبطيخ، استهلكت الصين 70% من البطيخ في عام 2018، بينما يبلغ عدد سكان العالم 20%، أو 100 كيلوغرام للشخص الواحد. أصبحت كيفية اختيار البطيخ الأكثر حلاوة أيضًا موضع قلق كبير لدى "جمهور آكلي البطيخ". استخدم أحد طلاب الدكتوراه من جامعة تشجيانغ أساليب التعلم الآلي للحكم على نضج البطيخ، وهو أمر واقعي للغاية.

تظهر البيانات الضخمة أن الصيف الحالي هو الأكثر حرارة منذ 140 عامًا. أصبحت كلمة "حرارة" كلمة عالمية ساخنة. لقد شهدنا شهر يونيو الأكثر حرارة، وودعنا للتو شهر يوليو الأكثر حرارة، ونحن على وشك الدخول في شهر أغسطس الأكثر حرارة...

في مواجهة الحرارة الشديدة، أحمل نصف قطعة من الثلج الباردبطيخإن تناول وجبة دسمة هو بلا شك الخيار الأفضل لتخفيف الحرارة. تناوله عن طريق المضغ، أو التنقيب عنه بالملعقة، أو مزجه في العصائر، أو قليها، أو شويها، فهو لذيذ بغض النظر عن الطريقة التي تأكله بها...

ماذا يعني البطيخ للصينيين

ربما لا يوجد في العالم مجموعة من الناس يحبون أكل البطيخ أكثر، ويأكلون أكثر ويعرفون كيفية أكل البطيخ بشكل أفضل من الصينيين.

منذ منذ أكثر من 1000 سنةخلال فترة السلالات الشمالية والجنوبية، تم إدخال البطيخ إلى الصين، وبدأ تدريجياً في الارتفاع إلى مرتبة الفاكهة الصيفية المهيمنة.

وقد أكد المؤرخون أنه منذ أكثر من ألف عاممنطقة بكينلقد تم زراعة البطيخ في الصين منذ فترة طويلة. تم العثور على أقدم مشهد لأشخاص يأكلون البطيخ على جدارية في مقبرة تعود إلى عهد أسرة لياو في منغوليا الداخلية.بين عامي 1026 و 1027 م.

عندما تم إدخال البطيخ إلى الصين لأول مرة، كان يستمتع به النبلاء فقط. حتى عام 1143م،هونغ هاو، مسؤول من أسرة سونغ الجنوبيةعندما عاد من مهمته إلى مملكة جين، أحضر معه بذور البطيخ التي زرعها شعب جين.منذ ذلك الحين، أصبح البطيخ متوفرًا في منطقة جيانجنان ويمكن لعامة الناس تناوله.

في كتاب "سونغمو جيوين" الذي كتبه هونغ هاو، يوجد وصف للبطيخ: "البطيخ دائري الشكل يشبه اللويحة، ولونه أخضر جدًا، ولكنه يتحول إلى اللون الأصفر بعد عام. ساقه تشبه ساق البطيخ.مذاقها حلو ومقرمش، وعصير وبارد بشكل خاص.أخذته معي إلى المنزل، والآن لدي في جميع الحدائق المحرمة وحدائق القرية. "

وبعد ذلك، بدأ البطيخ يظهر بشكل متكرر في كتابات أدباء سونغ الجنوبية. تشير كلمات مثل "تم تناول البطيخ في كل مكان في السنوات الأخيرة"، "حيث يكون البطيخ أصفر، والكروم مثل النسيج"، و"التقاط البطيخ أثناء السكر وتقسيمه" إلى أن البطيخ أصبح شائعًا.تصبح أكثر وأكثر شعبية.

أصبح البطيخ جزءًا من الثقافة الصينية. هناك العديد من التعبيرات الاصطلاحية المتعلقة بالبطيخ: يبيع لاو وانج البطيخ، البطيخ ناضج، البطيخ ناضج ويسقط من الكرمة، اتبع الكروم للعثور على البطيخ...

في عام 2004،يقع في مدينة Panggezhuang، منطقة Daxing، بكين "متحف البطيخ الصيني"افتتح المتحف رسميًا تحت شعار "البطيخ الطائر" على واجهته الخارجية، والذي يرمز إلى البطيخ الصيني الذي يطير في الخارج. هذا هو أول متحف في البلاد مخصص للبطيخ. يعرض المتحف للناس تاريخ البطيخ وزراعته وثقافته وتكنولوجيا البطيخ.

وفقمنظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة (الفاو)  وبحسب البيانات المنشورة، أصبحت بلادي أكبر منتج ومستهلك للبطيخ في العالم.2018لقد هضم بلدي أكثر من 70 مليون طنالبطيخ أي استهلاك الفرد 100 جين.

إذن، أمام البطيخ، يمكننا جميعًا أن نقول بفخر: لقد حققت أخيرًا حرية الفاكهة!

الطريقة العالمية لقطف البطيخ: اطرقها

ومع ذلك، فمن السهل تناول البطيخ ولكن من الصعب اختياره.أمام مجموعة من البطيخ المتشابهة في الشكل، كيف يمكنك اختيار الأفضل والأحلى؟ الطريقة العالمية هي: اطرقها.

لكن في الواقع، كان العديد من "آكلي البطيخ" يطرقون الباب مراراً وتكراراً، لكنهم لم يتمكنوا من سماع أي إجابة من البطيخ.

لذا، أدكتوراه من جامعة تشجيانغكتب مقالا 130 صفحةأوراقدراسة حول تقنية الكشف الصوتي وجهاز تحديد نضج البطيخ وتجويفه الداخليعنوان الورقة:http://t.cn/AiYcAYei)يخبرنا كيف نستخدم تقنية الذكاء الاصطناعي للتعرف على أحلى بطيخة من خلال صوت الطرق عليها.

وبطبيعة الحال، كان هدفه الأصلي من إجراء هذا البحث هو زيادة دخل مزارعي البطيخ وتوسيع تصدير البطيخ. وسوف يستفيد من ذلك أيضًا جمهورنا الواسع من "آكلي البطيخ".

  كيفية الحكم على نضج البطيخ بالطريقة التقليدية 

تحتل بلادي المرتبة الأولى في العالم من حيث إنتاج البطيخ ومساحة زراعته، ولكن حجم الصادرات أقل من 1% من الإنتاج، ليس فقط لأننا نستهلك أكثر، ولكن أيضًا لأنإن وسائل فحص البطيخ ومعالجته بعد الحصاد متخلفة، مما يؤدي إلى جودة غير متساوية ومستوى منخفض من التسويق.

إن حصاد البطيخ في الوقت المناسب له تأثير كبير على جودته. إن قطف البطيخ عندما يكون ناضجًا جدًا أو غير ناضج سيؤثر على جودته وطعمه. في بلدنا،يعتمد توقيت الحصاد بشكل أساسي على الخبرة الذاتية لمزارعي البطيخ.غالبًا ما يتم الحكم على نضج البطيخ من خلال دورة نموه والمناخ (درجة الحرارة بشكل أساسي) ومن خلال ملاحظة لون وملمس القشرة.

بالطبع هناك خدعة أخرى، والتي تم ذكرها أعلاه، وهي الطرق على قشر البطيخ والاستماع إلى الصوت. وهذه هي الطريقة الأكثر استخدامًا من قبل مزارعي البطيخ في الوقت الحاضر.

وبصفة عامة،البطيخ غير الناضج له صوت أكثر هشاشة.عندما تطرقها، فإنها تصدر صوت "دونغ دونغ دونغ".صوت البطيخ الناضج منخفض وعكر نسبيًا.الصوت هو "بانج بانج بانج"، في حين أن البطيخ الناضج جدًا سيصدر صوت "بوب بوب بوب". إن الاختبار اليدوي واحدًا تلو الآخر يستغرق وقتًا طويلاً ويحتاج إلى جهد كبير ويعتمد على الخبرة، ولا يمكن ضمان دقته.

تتطور التكنولوجيات مثل أجهزة الكمبيوتر ومعالجة الصور وأجهزة الاستشعار بسرعة كبيرة في الوقت الحاضر. إن الاستخدام الواسع النطاق لهذه التقنيات في اختبار جودة المنتجات الزراعية يمكن أن يحسن بشكل كبير كفاءة الاختبار ودقته.

  استخدم التعلم الآلي لإصدار أحكام دقيقة وفعالة 

ومن خلال البحث، وجد المؤلفون أن التغيرات في نضج البطيخ ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالتغيرات في التركيب الداخلي (مثل محتوى السكر) والبنية (مثل زيادة الحجم والكتلة والفراغ الداخلي)، ويمكن أن تؤدي هذه التغييرات أيضًا إلىالمعلمات المميزة الصوتيةالتغييرات، لذلك فهو يعتقد أن استخدامطرق الاختبار الصوتي غير المدمرة،من المناسب الحكم على نضج البطيخ من خلال طرق وتقنيات النمذجة المختلفة.

علاوة على ذلك، بالمقارنة مع طرق الكشف الأخرى، مثل الليزر والرنين المغناطيسي النووي وغيرها من التقنيات، فإن الكشف عن الميزات الصوتية له مزايا السعر المنخفض وكفاءة الكشف العالية والدقة العالية. بعد التجربة، استنتج المؤلفون أنطريقة LS-SVMأفضل أداء في نمذجة تصنيف نضج البطيخ،دقة التنبؤ هي 73.6%.

بناءً على تحسين بنية ومواد جهاز الكشف الصوتي وبعد إزالة الضوضاء من إشارة الطرق، أجرى المؤلفون تجربتين:اختبار تصنيف النضج واختبار تحديد التجويف.

تم اختيار البطيخ تشيلين كعينة في التجربة. تم قطف البطيخ على دفعات من قبل مزارعي البطيخ من المجموعة الخامسة في قرية ووشانكيان، بلدة تسانغكيان، منطقة يوهانغ، مدينة هانغتشو في سقيفة البطيخ في الدفيئة، ثم تم نقلها إلى المختبر على الفور بعد قطفها.

في تجربة تصنيف النضج، تم اختيار 147 بطيخة غير مجوفة وتقسيمها عشوائيًا إلى مجموعتين: 75 في مجموعة النمذجة و72 في مجموعة التنبؤ.

في اختبار تحديد التجويف، تم اختيار 190 عينة (بما في ذلك البطيخ المجوف) وتقسيمها عشوائيًا إلى مجموعتين، 97 لمجموعة النمذجة و93 لمجموعة التنبؤ.

يتم استخدام مجموعة النمذجة لإنشاء نموذج التصنيف أو الحكم الفارغ للعينات، ويتم استخدام مجموعة التنبؤ لاختبار أداء النموذج.

استخدمت التجربة أربعة أساليب شائعةخوارزميات التعلم الآلي الخاضعة للإشرافوخوارزميات التعرف على الأنماط، على التوالي.تحليل التمييز الخطي (LDA)، وK-أقرب جار (KNN)، والشبكة العصبية BP (ANN)، وآلة دعم المتجهات ذات المربعات الصغرى (LS-SVM)،تم استخدام الخصائص الصوتية لتصنيف ثلاثة أنواع من البطيخ: غير ناضج، ناضج، وناضج أكثر من اللازم. بالإضافة إلى ذلك، تم التعرف أيضًا على البطيخ المجوف.

من أجل القضاء على التأثيرات السلبية لانقسام الذروة في طيف صوت نقر البطيخ، قام المؤلفون بتعريفواحدمؤشر العزم من الدرجة الأولى MI1 ومؤشر العزم من الدرجة الثانية MI2،لأن في اختبار ثقب البطيخ (لتحديد مدى صلابة اللحم)، ترتبط هاتان المعلمتان ارتباطًا وثيقًا بمدى نضج البطيخ.يتم استخدامه كمعلمة صوتية مميزة لتصنيف نضج البطيخ.

  خوارزمية تحديد البطيخ الأكثر ملاءمة: LS-SVM

وتظهر النتائج التجريبية أن دقة مجموعة النمذجة ومجموعة التنبؤ لخوارزمية LS-SVM هي 76% و 73.6% على التوالي، وهي أعلى من نتائج التصنيف للمصنفات الثلاثة الأخرى.

بالإضافة إلى ذلك، فإن دقة مجموعة نمذجة الشبكة العصبية ومجموعة التنبؤ هي 73.3% و66.6% على التوالي، وهي في المرتبة الثانية بعد LS-SVM.

ويستنتج المؤلفون:يستخدم LS-SVM نظامًا خطيًا من المعادلاتتم تبسيط مشكلة البرمجة التربيعية لـ SVM، وتم تحسين كفاءة التصنيف بشكل كبير.إدخال عامل الجزاءتقليل المخاطر الهيكلية. تعتبر هذه الطريقة أكثر ملاءمة لمعالجة مجموعات العينات الصغيرة، ومجموعات العينات غير المتوازنة، ومجموعات عينات البطيخ غير المتوازنة للتصنيف؛

و لدا  تعتبر الخوارزمية مناسبة لمشاكل التصنيف الخطي؛كيه إن إن  عندما تقوم الخوارزمية بتصنيف مجموعة عينات غير متوازنة، فمن السهل جعل عينات المواضع متحيزة نحو فئة العينة ذات العدد الكبير، مما يؤدي إلى خطأ تصنيف أكبر؛الشبكات العصبيةيحتوي المصنف على عيوب الإفراط في التجهيز والتعرض للوقوع في القيم المتطرفة المحلية.

بالإضافة إلى ذلك، استخدم المؤلفون أيضًا الطرق الأربع المذكورة أعلاه وطريقة العتبة التجريبية لنسبة الطاقة لحساب نسبة الطاقة بناءً على MI1 وMI2 ونسبة الطاقة E._ر هي المعلمة المميزة، والعينات غير المتوازنة هيالتعرف على البطيخ المجوف.

يستخدم المؤلف F_بيتا  يتم استخدام النتيجة كمؤشر تقييم للمصنف. معناها المادي هو إعطاء أوزان مختلفة للدقة والتذكر، ودمج الاثنين في درجة واحدة، والحكم بشكل شامل على دقة المصنف في تصنيف العينة الإجمالية ونوع معين من العينة.

في صيغة التعريف، TP هو عدد العينات المصنفة بشكل صحيح على أنها بطيخ مجوف، وTN هو عدد العينات المصنفة بشكل صحيح على أنها بطيخ جيد، وP هو العدد الفعلي لعينات البطيخ المجوف، وN هو العدد الفعلي لعينات البطيخ الجيد. في هذه الورقة، β = 2.

ومن بين هذه الطرق لتحديد الهوية، LS-SVM لديه أفضل تأثير التصنيف.F لمجموعة النمذجة ومجموعة التنبؤ_بيتا  وكانت النتيجة 88.1% و 74.7% على التوالي.

يبدو أن أساتذة الدكتوراه من جامعة تشجيانغ قد اكتشفوا بالفعل كيفية اختيار البطيخ الأكثر حلاوة.

تناول البطيخ، نحن الأكثر علمية

بعد آلاف السنين من التراكم، أصبح البطيخ جزءًا متزايدًا من حياة الشعب الصيني. كما يقول المثل، "إذا لم تأكل البطيخ في الصيف، فأنت غير مؤهل للحديث عن الحياة".

في الوقت الحاضر، أصبحت الكلمات الطنانة الشائعة جدًا على الشبكات الاجتماعية "حشد أكل البطيخ"وهذا أيضًا يوضح تمامًا حبنا للبطيخ. في الأصل، كان مصطلح "البطيخ" في "حشد أكل البطيخ" يشير إلى بذور البطيخ، ولكن مع انتشار البطيخ بين الناس، تطور "البطيخ" تدريجيًا إلى "البطيخ".

بالنسبة للطلاب في مجال الذكاء الاصطناعي، فإن "البطيخ" الأكثر شهرة يجب أن يكون هو الذي كتبه البروفيسور تشو تشيهوا من جامعة نانجينغ. كتاب البطيخ للتعلم الآلي.

ويبدو أن البروفيسور تشو تشيهوا يحب أيضًا تناول البطيخ كثيرًا.

-- زيادة--

انقر لقراءة المقال الأصلي