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🔥 内容介绍

一、引言：环保需求下，CNN 赋能智能垃圾分类

1.1 垃圾分类的痛点与技术解决方案

传统垃圾分类依赖人工识别，存在效率低、准确率差、成本高等问题：

• 垃圾类别多（可回收、厨余、有害、其他等细分 10 + 类）；

• 相似垃圾难区分（如纸类 vs cardboard、塑料瓶 vs 玻璃瓶）；

• 环境干扰大（污渍、遮挡、光照变化影响识别）。

而卷积神经网络（CNN）作为图像识别的核心算法，具有自动提取特征的优势，无需手动设计纹理、颜色特征，能通过层级网络捕捉垃圾图像的 “局部细节→全局特征”，完美适配垃圾分类的复杂场景。

1.2 CNN 用于垃圾分类的核心优势

相比传统机器学习（如 SVM+HOG 特征）：

• 端到端训练：从图像输入到类别输出，无需人工特征工程；

• 鲁棒性强：对垃圾图像的污渍、变形、光照变化有较好适应性；

• 可扩展性高：支持新增垃圾类别（如湿垃圾细分），仅需微调模型。

1.3 本文核心价值与内容导航

• 定位：CNN 入门级实战，聚焦垃圾分类场景，兼顾原理与落地；

• 优势：选用轻量化 CNN 架构（适合部署）、公开数据集（可直接复用）、完整代码（含训练 + 预测）；

• 内容导航：理论拆解→数据准备→模型搭建→训练评估→部署建议，全程场景化讲解。

二、理论基石：CNN 为什么能搞定图像垃圾分类？

2.1 CNN 的核心逻辑：模拟人类视觉识别机制

CNN 的设计灵感源于人脑视觉皮层，通过 “层级特征提取” 实现图像识别：

• 低层网络：提取边缘、纹理、颜色等基础特征（如垃圾的轮廓、材质纹理）；

• 中层网络：组合基础特征，形成局部特征（如塑料瓶的弧形、纸类的纹理图案）；

• 高层网络：整合局部特征，形成全局特征（如 “圆柱形 + 透明材质 = 塑料瓶”）；

• 输出层：通过全连接层映射到垃圾类别标签。

核心优势：权值共享 + 局部感受野，减少模型参数，提升训练效率，同时增强特征提取的泛化能力。

2.2 CNN 核心组件拆解（适配垃圾分类场景）

2.2.1 卷积层（Conv2D）：特征提取核心

• 原理：用多个卷积核（3×3/5×5）滑动遍历图像，计算局部区域的特征响应，输出特征图；

• 垃圾分类适配：3×3 卷积核更适合捕捉垃圾的细节特征（如瓶盖纹理、纸张褶皱），避免 5×5 核的过拟合。

2.2.2 池化层（MaxPooling2D）：特征降维与抗干扰

• 原理：对卷积层输出的特征图进行 “下采样”，保留关键特征的同时减少数据量；

• 常用方式：最大池化（取局部区域最大值），能强化垃圾的轮廓特征（如易拉罐的圆形边缘），抑制噪声（如污渍）。

2.2.3 激活函数（ReLU）：引入非线性特征

• 作用：解决线性模型无法拟合复杂图像特征的问题，ReLU 函数（f (x)=max (0,x)）能快速收敛，避免梯度消失；

• 适配性：垃圾图像的特征是非线性的（如不同角度的塑料袋），ReLU 能有效捕捉非线性关联。

2.2.4 全连接层（Dense）：分类决策

• 原理：将高层网络的二维特征图扁平化为一维向量，通过权重矩阵映射到类别空间；

• 垃圾分类适配：输出层使用 Softmax 激活函数，输出每个垃圾类别的概率（如 “塑料瓶：98%、玻璃瓶：2%”）。

2.3 轻量化 CNN 架构设计（适合垃圾分类部署）

考虑到垃圾分类可能部署在移动端 / 嵌入式设备（如垃圾回收箱），选用简化版 VGG 架构（相比 ResNet、AlexNet 更轻量化）：

• 架构：输入层→Conv2D×4→MaxPooling2D×2→Flatten→Dense×2→输出层；

• 优势：参数量仅 50 万 +，训练速度快，部署时占用内存小。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

function fileList = get_all_files(dirName)

% 获取文件信息%made by 唔皇喵

dirData = dir(dirName);

% 获取索引信息

dirIndex = [dirData.isdir];

% 获取文件列表

fileList = {dirData(~dirIndex).name}';

if ~isempty(fileList)

    % 如果非空，整合文件路径到列表

    fileList = cellfun(@(x) fullfile(dirName,x),...

        fileList,'UniformOutput',false);

end

% 获取子文件列表

subDirs = {dirData(dirIndex).name};

% 过滤无效路径

validIndex = ~ismember(subDirs,{'.','..'});

%#   that are not '.' or '..'

for iDir = find(validIndex)

    % 获取文件夹信息

    nextDir = fullfile(dirName,subDirs{iDir});

    % 获取文件列表

    fileList = [fileList; get_all_files(nextDir)];

end

🔗 参考文献

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🌈 各类智能优化算法改进及应用

生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位

🌈 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维

2.1 bp时序、回归预测和分类

2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类

2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类

2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

2.15 模糊小波神经网络预测和分类

2.16 时序、回归预测和分类

2.17 时序、回归预测预测和分类

2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类

2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类

方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断

🌈图像处理方面

图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知

🌈 路径规划方面

旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划（EVRP）、 双层车辆路径规划（2E-VRP）、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻

🌈 无人机应用方面

无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划

🌈 通信方面

传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配

🌈 信号处理方面

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🌈电力系统方面

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🌈 元胞自动机方面

交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀

🌈 雷达方面

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🌈 车间调度

零等待流水车间调度问题NWFSP 、 置换流水车间调度问题PFSP、 混合流水车间调度问题HFSP 、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP