使用Python輕松完成垃圾分類（基于圖像識別）

0 環境

Python版本：3.6.8

系統版本：macOS Mojave

Python Jupyter Notebook

1 引言

七月了，大家最近一定被一項新的政策給折磨的焦頭爛額，那就是垃圾分類。《上海市生活垃圾管理條例》已經正式實施了，相信還是有很多的小伙伴和我一樣，還沒有完全搞清楚哪些應該扔在哪個類別里。感覺每天都在學習一遍垃圾分類，真令人頭大。

聽說一杯沒有喝完的珍珠奶茶應該這么扔

• 首先，沒喝完的奶茶水要倒在水池里
• 珍珠，水果肉等殘渣放進濕垃圾
• 把杯子要丟入干垃圾
• 接下來是蓋子，如果是帶蓋子帶熱飲（比如大部分的熱飲），塑料蓋是可以歸到可回收垃圾的嗷

看到這里，是不是大家突然都不想喝奶茶了呢，哈哈。不過不要緊，垃圾分類雖然要執行，但是奶茶也可以照喝。

那么，這里我們想討論一下，人工智能和數據科學的方法能不能幫助我們進行更好的垃圾分類？這樣我們不用為了不知道要扔哪個垃圾箱而煩惱。

2 思路

這問題的解決思路或許不止一條。這里只是拋磚引玉一下，提供一些淺顯的見解。

第一種方案，可以把垃圾的信息制成表格化數據，然后用傳統的機器學習方法。

第二種方案，把所有的垃圾分類信息做成知識圖譜，每一次的查詢就好像是在翻字典一樣查閱信息。

第三種方案，可以借助現在的深度學習方法，來對垃圾進行識別和分類。每次我們給一張垃圾的圖片，讓模型識別出這是屬于哪一種類別的：干垃圾，濕垃圾，有害垃圾還是可回收垃圾。

3 圖像分類

圖像分類是深度學習的一個經典應用。它的輸入是一張圖片, 然后經過一些處理，進入一個深度學習的模型，該模型會返回這個圖片里垃圾的類別。這里我們考慮四個類別：干垃圾，濕垃圾，有害垃圾還是可回收垃圾。

報紙 ：可回收垃圾

電池 ：有害垃圾

一次性餐盒 ：干垃圾

我們對圖片里的物品進行分類，這是圖像處理和識別的領域。人工智能里提出了使用卷積神經網絡（Convolutional Neural Network, CNN）來解決這一類問題。

我會用keras包和Tensorflow后端來建立模型。 由于訓練集的樣本暫時比較缺乏，所以這里只能先給一套思路和代碼。訓練模型的工作之前還得進行一波數據收集。

我們就先來看看代碼大致長什么樣吧

先導入一些必要的包。

再做一下準備工作。

在上面，我們初始化了一些變量，batch size是128； num_classes = 4，因為需要分類的數量是4，有干垃圾，濕垃圾，有害垃圾和可回收垃圾這四個種類。epochs 是我們要訓練的次數。接下來，img_rows, img_cols = 28, 28 我們給了圖片的緯度大小。

在 .reshape(60000,28,28,1)中 , 60000 是圖片的數量（可變）, 28是圖片的大小（可調），并且1是channel的意思，channel = 1 是指黑白照片。 .reshape(10000,28,28,1)也是同理，只是圖片數量是10000。

到了最后兩行，我們是把我們目標變量的值轉化成一個二分類， 是用一個向量（矩陣）來表示。比如 [1,0,0,0] 是指干垃圾，[0,1,0,0]是指濕垃圾等等。

接下來是建模的部分。

我們加了卷積層和池化層進入模型。激活函數是 relu，relu函數幾乎被廣泛地使用在了卷積神經網絡和深度學習。我們在層與層之間也加了dropout來減少過擬合。Dense layer是用來做類別預測的。

建完模型后，我們要進行模型的驗證，保證準確性在線。

到這里，我們的建模預測已經大概完成了。一個好的模型，要不斷地去優化它，提高精確度等指標要求，直到達到可以接受的程度。

這優化的過程，我們在這里就先不深入討論了，以后繼續。

4 總結

值得一提的是，盡管方法上是有實現的可能，但是實際操作中肯定要更復雜的多，尤其是對精度有著很高的要求。

而且當一個圖片里面包含著好幾種垃圾種類，這也會讓我們的分類模型開發變得很復雜，增加了難度。

比如，我們想要對一杯奶茶進行垃圾分類，照片里面是包含了多個垃圾的種類，這就比較頭大了，因為這并不是屬于單一的類別。

前路的困難肯定是有的，不過就當這里的分享是個拋磚引玉的起點吧。

畢竟李白也說了，“長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海”。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。