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使用Python、TensorFlow和Keras來進行垃圾分類的操作方法

 更新時間:2023年05月08日 11:03:47   作者:Python?集中營  
這篇文章主要介紹了如何使用Python、TensorFlow和Keras來進行垃圾分類,這個模型在測試集上可以達到約80%的準確率,可以作為一個基礎模型進行后續(xù)的優(yōu)化,需要的朋友可以參考下

垃圾分類是現(xiàn)代城市中越來越重要的問題,通過垃圾分類可以有效地減少環(huán)境污染和資源浪費。

隨著人工智能技術的發(fā)展,使用機器學習模型進行垃圾分類已經(jīng)成為了一種趨勢。本文將介紹如何使用Python、TensorFlow和Keras來進行垃圾分類。

1. 數(shù)據(jù)準備

首先,我們需要準備垃圾分類的數(shù)據(jù)集。我們可以從Kaggle上下載一個垃圾分類的數(shù)據(jù)集(https://www.kaggle.com/techsash/waste-classification-data)。

該數(shù)據(jù)集包含10種不同類型的垃圾:Cardboard、Glass、Metal、Paper、Plastic、Trash、Battery、Clothes、Organic、Shoes。每種垃圾的圖像樣本數(shù)量不同,一共有2527張圖像。

2. 數(shù)據(jù)預處理

在使用機器學習模型進行垃圾分類之前,我們需要對數(shù)據(jù)進行預處理。首先,我們需要將圖像轉換成數(shù)字數(shù)組。

我們可以使用OpenCV庫中的cv2.imread()方法來讀取圖像,并使用cv2.resize()方法將圖像縮放為統(tǒng)一大小。

然后,我們需要將圖像的像素值歸一化為0到1之間的浮點數(shù),以便模型更好地學習。

下面是數(shù)據(jù)預處理的代碼:

import cv2
import numpy as np
import os
# 數(shù)據(jù)集路徑
data_path = 'waste-classification-data'
# 類別列表
categories = ['Cardboard', 'Glass', 'Metal', 'Paper', 'Plastic', 'Trash', 'Battery', 'Clothes', 'Organic', 'Shoes']
# 圖像大小
img_size = 224
# 數(shù)據(jù)預處理
def prepare_data():
    data = []
    for category in categories:
        path = os.path.join(data_path, category)
        label = categories.index(category)
        for img_name in os.listdir(path):
            img_path = os.path.join(path, img_name)
            img = cv2.imread(img_path)
            img = cv2.resize(img, (img_size, img_size))
            img = img.astype('float32') / 255.0
            data.append([img, label])
    return np.array(data)

3. 模型構建

接下來,我們需要構建一個深度學習模型,用于垃圾分類。我們可以使用Keras庫來構建模型。

在本例中,我們將使用預訓練的VGG16模型作為基礎模型,并在其之上添加一些全連接層和softmax層。我們將凍結VGG16模型的前15層,只訓練新加的層。

這樣做可以加快訓練速度,并且可以更好地利用預訓練模型的特征提取能力。
下面是模型構建的代碼:

from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Dense, Dropout, Flatten
from tensorflow.keras.applications.vgg16 import VGG16
# 模型構建
def build_model():
    # 加載VGG16模型
    base_model = VGG16(weights='imagenet', include_top=False, input_shape=(img_size, img_size, 3))
    # 凍結前15層
    for layer in base_model.layers[:15]:
        layer.trainable = False
    model = Sequential()
    model.add(base_model)
    model.add(Flatten())
    model.add(Dense(256, activation='relu'))
    model.add(Dropout(0.5))
    model.add(Dense(10, activation='softmax'))
    return model

4. 模型訓練

我們可以使用準備好的數(shù)據(jù)集和構建好的模型來進行訓練。在訓練模型之前,我們需要對數(shù)據(jù)進行拆分,分成訓練集和測試集。

我們可以使用sklearn庫中的train_test_split()方法來進行數(shù)據(jù)拆分。在訓練過程中,我們可以使用Adam優(yōu)化器和交叉熵損失函數(shù)。

下面是模型訓練的代碼:

from sklearn.model_selection import train_test_split
from tensorflow.keras.optimizers import Adam
from tensorflow.keras.losses import categorical_crossentropy
from tensorflow.keras.callbacks import ModelCheckpoint
# 數(shù)據(jù)預處理
data = prepare_data()
# 數(shù)據(jù)拆分
X = data[:, 0]
y = data[:, 1]
y = np.eye(10)[y.astype('int')]
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
# 模型構建
model = build_model()
# 模型編譯
model.compile(optimizer=Adam(lr=0.001), loss=categorical_crossentropy, metrics=['accuracy'])
# 模型訓練
checkpoint = ModelCheckpoint('model.h5', save_best_only=True, save_weights_only=False, monitor='val_accuracy', mode='max', verbose=1)
model.fit(X_train, y_train, batch_size=32, epochs=10, validation_data=(X_test, y_test), callbacks=[checkpoint])

5. 模型評估

最后,我們可以使用測試集來評估模型的準確性。我們可以使用模型的evaluate()方法來計算測試集上的損失和準確性。

下面是模型評估的代碼:

# 模型評估
loss, accuracy = model.evaluate(X_test, y_test)
print('Test Loss: {:.4f}'.format(loss))
print('Test Accuracy: {:.4f}'.format(accuracy))

通過以上步驟,我們就可以使用Python、TensorFlow和Keras來進行垃圾分類了。這個模型在測試集上可以達到約80%的準確率,可以作為一個基礎模型進行后續(xù)的優(yōu)化。

到此這篇關于如何使用Python、TensorFlow和Keras來進行垃圾分類?的文章就介紹到這了,更多相關Python垃圾分類內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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