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基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
[ 通信界 | 倪守娟 顏艷 初元鴿 | www.6611o.com | 2024/6/7 11:37:42 ]
 

倪守娟,顏 艷,初元鴿

(1.青島民航凱亞系統(tǒng)集成有限公司,山東 青島 266108;2.青島國際機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司,山東 青島 266308)

0 引 言

電子信息交互系統(tǒng)指通過電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和軟件等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)之間信息傳遞、數(shù)據(jù)交換和操作互動(dòng)的系統(tǒng)[1]。這類系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,包括但不限于計(jì)算機(jī)應(yīng)用、通信、娛樂、商業(yè)以及教育等[2]。然而,隨著數(shù)據(jù)量的爆炸性增長(zhǎng)和用戶需求的多樣化,傳統(tǒng)的電子信息交互系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)[3]。人工智能技術(shù)的引入為解決這些問題提供了新的可能性。因此,文章旨在探討如何利用人工智能技術(shù)優(yōu)化電子信息交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì),以適應(yīng)現(xiàn)代信息社會(huì)的需求。文章提出一個(gè)4層的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì),包括數(shù)據(jù)層、處理層、應(yīng)用層以及交互層,并對(duì)每一層的功能和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。同時(shí),進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn),通過對(duì)比不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的性能數(shù)據(jù),證明優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性。

1 基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

電子信息交互系統(tǒng)是當(dāng)今社會(huì)中不可或缺的一部分,而基于人工智能技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以顯著提升其性能和用戶體驗(yàn)[4]。基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的基礎(chǔ),負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和管理,主要用于確保信息量充足且有序,為系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)直接影響信息的可訪問性和后續(xù)處理的效率。處理層主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,包括特征提取、智能算法實(shí)現(xiàn)等。其主要負(fù)責(zé)將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息,支持決策制定和功能實(shí)現(xiàn)。處理層的效率和準(zhǔn)確性對(duì)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。應(yīng)用層包含系統(tǒng)的核心功能和服務(wù),其將處理層的結(jié)果應(yīng)用到具體的業(yè)務(wù)邏輯中。這一層的用處在于將信息轉(zhuǎn)化為用戶可以直接利用的服務(wù)或功能,如智能推薦、語音識(shí)別等。交互層是用戶與系統(tǒng)之間的接口,包括用戶界面設(shè)計(jì)和交互流程,能夠提供直觀、友好的用戶界面,確保用戶能夠輕松地與系統(tǒng)進(jìn)行交互,提升用戶體驗(yàn)。

總的來說,這些層級(jí)共同構(gòu)成了電子信息交互系統(tǒng)的總架構(gòu),各層次之間相互協(xié)作,確保系統(tǒng)能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行,同時(shí)提供良好的用戶體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)時(shí),需要充分考慮每個(gè)層級(jí)的特點(diǎn)和需求,以及各層級(jí)之間的相互關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能和用戶體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)層

在基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的,負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)以及管理所有形式的數(shù)據(jù),為系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)支持[5]。首先,系統(tǒng)需要確定數(shù)據(jù)源,包括用戶輸入、傳感器數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)庫等。其次,根據(jù)需求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集策略,實(shí)時(shí)采集并批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)通常需要經(jīng)過預(yù)處理后才能用于后續(xù)的分析。預(yù)處理步驟包括數(shù)據(jù)清洗(去除噪聲、糾正錯(cuò)誤)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合分析的格式)、數(shù)據(jù)歸一化(將數(shù)據(jù)縮放到同一范圍)等,Z-score 歸一化的計(jì)算公式為

式中:X'為歸一化后的值;X為原始數(shù)據(jù)點(diǎn)的值;μ為原始數(shù)據(jù)集的平均值;σ為原始數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)差。Z-score 歸一化是一種將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的方法,其中數(shù)據(jù)的平均值為0,標(biāo)準(zhǔn)差為1。這種方法在數(shù)據(jù)預(yù)處理中常用于將不同量級(jí)或分布的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的尺度,以便在機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析中使用。處理完之后,系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫中。該數(shù)據(jù)庫支持復(fù)雜的查詢和事務(wù)處理,適合需要執(zhí)行多表連接、篩選和排序等操作的場(chǎng)景,便于系統(tǒng)制定數(shù)據(jù)管理策略,包括數(shù)據(jù)的更新、備份、恢復(fù)及安全等。

2.2 處理層

在基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)中,處理層設(shè)計(jì)是關(guān)鍵部分,負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,以提取有用的信息和知識(shí)。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)具體問題和數(shù)據(jù)類型,選擇合適的特征提取方法,包括統(tǒng)計(jì)特征、文本特征、圖像特征等。特征提取的目的是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更適合機(jī)器學(xué)習(xí)模型的形式,當(dāng)特征數(shù)量較大時(shí),需要進(jìn)行數(shù)據(jù)降維,以提高計(jì)算效率,降低過擬合的風(fēng)險(xiǎn)。主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)通過求解數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量,選擇最大的幾個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成投影矩陣。根據(jù)問題類型選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)模型,在訓(xùn)練過程中,需要優(yōu)化模型參數(shù)以最小化預(yù)測(cè)誤差。交叉熵?fù)p失L的計(jì)算公式為

式中:yi表示真實(shí)標(biāo)簽的概率分布,是一個(gè)獨(dú)熱編碼(one-hot encoding)的向量,其中正確類別的位置為1,其他位置為0;表示模型預(yù)測(cè)的概率分布,是經(jīng)過sigmoid 或softmax 函數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸出,用于表示模型對(duì)每個(gè)類別的預(yù)測(cè)概率。交叉熵?fù)p失函數(shù)是機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)中常用的損失函數(shù)之一,用于衡量實(shí)際輸出與預(yù)期輸出之間的差異。通過最小化交叉熵?fù)p失,可以使模型的預(yù)測(cè)概率分布盡可能接近真實(shí)的概率分布。在分類問題中,交叉熵?fù)p失函數(shù)通常與sigmoid或softmax 激活函數(shù)一起使用,以輸出一個(gè)概率分布,并通過優(yōu)化過程調(diào)整模型參數(shù),使概率分布盡可能地接近真實(shí)分布。之后,使用驗(yàn)證數(shù)據(jù)集對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估,以確定模型的性能,根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

2.3 應(yīng)用層

在基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)中,應(yīng)用層設(shè)計(jì)是負(fù)責(zé)將處理層的輸出轉(zhuǎn)換為用戶可用的服務(wù)或功能,具體設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 應(yīng)用層的運(yùn)行流程

首先,系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要明確系統(tǒng)應(yīng)提供的功能和服務(wù),包括數(shù)據(jù)查詢、智能推薦、自動(dòng)決策等。其次,根據(jù)功能需求,設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶界面(User Interface,UI)和應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface,API)。UI 設(shè)計(jì)關(guān)注用戶體驗(yàn),API 設(shè)計(jì)則關(guān)注與其他系統(tǒng)或服務(wù)的交互。再次,將處理層的輸出整合到具體的服務(wù)中,可能涉及數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理、功能的實(shí)現(xiàn)等。為確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)安全,通過高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(Advanced Encryption Standard,AES)技術(shù)保護(hù)用戶的隱私信息。根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和資源利用率等指標(biāo),對(duì)服務(wù)進(jìn)行性能優(yōu)化。最后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試,包括功能測(cè)試、性能測(cè)試、安全測(cè)試等,然后將系統(tǒng)部署到生產(chǎn)環(huán)境。

2.4 交互層

交互層設(shè)計(jì)是電子信息交互系統(tǒng)框架中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分,負(fù)責(zé)用戶與系統(tǒng)之間的信息交換。UI設(shè)計(jì)需要確定UI 的風(fēng)格和布局,以提供直觀、易用的用戶體驗(yàn)。設(shè)計(jì)UI 元素,如按鈕、表單、圖標(biāo)等,以實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互;選擇適當(dāng)?shù)念伾⒆煮w和圖像,以提高視覺吸引力和可讀性;研究用戶需求和行為,以優(yōu)化UI 的布局和流程;設(shè)計(jì)交互流程,如導(dǎo)航路徑、任務(wù)執(zhí)行順序等,以提高用戶滿意度;進(jìn)行用戶測(cè)試,以評(píng)估和改進(jìn)用戶體驗(yàn);設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)展示方式,如圖表、列表、儀表板等,以直觀地展示系統(tǒng)信息;實(shí)現(xiàn)響應(yīng)式設(shè)計(jì),以確保UI 在不同設(shè)備和屏幕尺寸上的兼容性;選用超文本傳輸協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol,HTTP)或超文本傳輸安全協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer,HTTPS),以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸;實(shí)施數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證機(jī)制,以保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

3 測(cè)試實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為測(cè)試基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)的性能,將構(gòu)建一個(gè)模擬的測(cè)試環(huán)境。在硬件配置中,服務(wù)器型號(hào)選擇Dell PowerEdge R740,中央處理器型號(hào)為Intel Xeon E3-1230 v2,有1 155 個(gè)針腳,客戶端設(shè)備為L(zhǎng)enovo ThinkPad T490,操作系統(tǒng)為Windows 10 Professional 64-bit。軟件配置中,操作系統(tǒng)選擇Ubuntu Server 20.04 LTS,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為MySQL 8.0.22,人工智能框架采用TensorFlow 2.4.1,服務(wù)器軟件為Nginx 1.18.0, Gunicorn 20.1.5,客戶端軟件采用JMeter 5.4.1,用于模擬用戶請(qǐng)求。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)安裝并配置所有必要的軟件和依賴項(xiàng),在服務(wù)器上部署電子信息交互系統(tǒng)。使用JMeter 設(shè)置一個(gè)性能測(cè)試計(jì)劃,模擬不同數(shù)量的并發(fā)用戶發(fā)送請(qǐng)求。選擇5 個(gè)不同的運(yùn)行時(shí)間節(jié)點(diǎn),分別為峰值時(shí)段(如9:00)、非峰值時(shí)段(如15:00)、晚間時(shí)段(如21:00)、深夜時(shí)段(如第二天1:00)以及周末時(shí)段(如第二天10:00)。在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)運(yùn)行JMeter測(cè)試計(jì)劃,記錄響應(yīng)速度、處理能力以及傳輸速率,具體內(nèi)容如表1 所示。

表1 不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)情況

從表1可以看出,在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn),盡管響應(yīng)速度、處理能力及傳輸速率有所波動(dòng),但整體保持在較高水平,表明系統(tǒng)在不同運(yùn)行時(shí)間節(jié)點(diǎn)均具有較好的穩(wěn)定性和性能。

4 結(jié) 論

文章提出了基于人工智能技術(shù)的電子信息交互系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在提升系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性方面的顯著效果。優(yōu)化后的系統(tǒng)不僅能夠快速響應(yīng)用戶需求,還能高效處理大量數(shù)據(jù),同時(shí)保持良好的傳輸速率。這些改進(jìn)對(duì)于滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電子信息交互系統(tǒng)的高標(biāo)準(zhǔn)要求具有重要意義。未來的工作將進(jìn)一步探索人工智能技術(shù)在電子信息交互系統(tǒng)中的新應(yīng)用,開發(fā)更加智能的數(shù)據(jù)分析工具。此外,隨著物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,如何在這些新興技術(shù)框架下整合人工智能,以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和智能化水平,也是未來研究的重要方向。

 

1作者:倪守娟 顏艷 初元鴿 來源:通信電源技術(shù) 編輯:顧北

 

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