简单易上手的生成对抗网络

模型原理

生成对抗网络 是指一类采用对抗训练方式 进行学习的深度生成模型,包含的判别网络生成网络都可以根据不同的生成任务使用不同的网络结构。

生成器: 通过机器生成数据,最终目的是骗过判别器。
判别器: 判断这张图像是真实的还是机器生成的,目的是找出生成器做的假数据。

构建GAN模型的基本逻辑: 现实问题需求→建立实现功能的GAN框架(编程)→训练GAN(生成网络、对抗网络)→成熟的GAN模型→应用。

GAN训练过程:

生成器生成假数据,然后将生成的假数据和真数据都输入判别器,判别器要判断出哪些是真的哪些是假的。判别器第一次判别出来的肯定有很大的误差,然后我们根据误差来优化判别器。现在判别器水平提高了,生成器生成的数据很难再骗过判别器了,所以我们得反过来优化生成器,之后生成器水平提高了,然后反过来继续训练判别器,判别器水平又提高了,再反过来训练生成器,就这样循环往复,直到达到纳什均衡。

GAN的发展历程

  1. GAN的基本思想起源于2014年,由伊恩·古德费洛等人首次提出。
  2. DCGAN,它在生成器和判别器中都使用了卷积层,取得了更好的图像生成效果。
  3. ConditionalGAN,通过引入条件信息指导生成器生成特定类型的数据。
  4. Wasserstein GAN使用Wasserstein距离作为损失函数,为GAN的训练提供了更稳定的优化方法,提高了生成样本的质量。

代码实现

DCGAN模型:

python 复制代码
generator = Sequential()
generator.add(Dense(7 * 7 * 128, input_shape=[100]))
generator.add(Reshape([7, 7, 128]))
generator.add(BatchNormalization())
generator.add(Conv2DTranspose(64, kernel_size=5, strides=2, padding="same",
                                 activation="relu"))
generator.add(BatchNormalization())
generator.add(Conv2DTranspose(1, kernel_size=5, strides=2, padding="same",
                                 activation="tanh"))
 
discriminator = Sequential()
discriminator.add(Conv2D(64, kernel_size=5, strides=2, padding="same",
                        activation=LeakyReLU(0.3),
                        input_shape=[28, 28, 1]))
discriminator.add(Dropout(0.5))
discriminator.add(Conv2D(128, kernel_size=5, strides=2, padding="same",
                        activation=LeakyReLU(0.3)))
discriminator.add(Dropout(0.5))
discriminator.add(Flatten())
discriminator.add(Dense(1, activation="sigmoid"))

模型训练:

python 复制代码
GAN =Sequential([generator,discriminator])
discriminator.compile(optimizer='adam',loss='binary_crossentropy')
discriminator.trainable = False
 
GAN.compile(optimizer='adam',loss='binary_crossentropy')
 
epochs = 150 
batch_size = 100
noise_shape=100
 
with tf.device('/gpu:0'):
 for epoch in range(epochs):
    print(f"Currently on Epoch {epoch+1}")
    
    for i in range(X_train.shape[0]//batch_size):
        
        if (i+1)%50 == 0:
            print(f"\tCurrently on batch number {i+1} of {X_train.shape[0]//batch_size}")
            
        noise=np.random.normal(size=[batch_size,noise_shape])
       
        gen_image = generator.predict_on_batch(noise)
        
        train_dataset = X_train[i*batch_size:(i+1)*batch_size]
       
        train_label=np.ones(shape=(batch_size,1))
        discriminator.trainable = True
        d_loss_real=discriminator.train_on_batch(train_dataset,train_label)
        
        train_label=np.zeros(shape=(batch_size,1))
        d_loss_fake=discriminator.train_on_batch(gen_image,train_label)
        
        noise=np.random.normal(size=[batch_size,noise_shape])
        train_label=np.ones(shape=(batch_size,1))
        discriminator.trainable = False #while training the generator as combined model,discriminator training should be turned off
        
        d_g_loss_batch =GAN.train_on_batch(noise, train_label)
        
    if epoch % 10 == 0:
        samples = 10
        x_fake = generator.predict(np.random.normal(loc=0, scale=1, size=(samples, 100)))
 
        for k in range(samples):
            plt.subplot(2, 5, k+1)
            plt.imshow(x_fake[k].reshape(28, 28), cmap='gray')
            plt.xticks([])
            plt.yticks([])
 
        plt.tight_layout()
        plt.show()
        
print('Training is complete')

使用np.random.normal生成的噪声被作为输入给发生器:

python 复制代码
noise=np.random.normal(loc=0, scale=1, size=(100,noise_shape))
gen_image = generator.predict(noise)
plt.imshow(noise)
plt.title('DCGAN Noise')
相关推荐
m0_734571767 分钟前
深入理解人工智能 chatGPT的软件架构
人工智能
飞塔老梅子12 分钟前
09. Codex 节省Token ❀ 老梅子学AI
人工智能·ai·token·模型·codex
HyperAI超神经15 分钟前
扰动实验+迁移学习,MIT团队推出IRIS,用「指纹」重建单细胞信号传导历史
人工智能·深度学习·机器学习·迁移学习
前沿在线18 分钟前
启元机器人亮相外滩大会,探索个人机器人健康服务新场景
人工智能·ai·大模型
haishikeji696_22 分钟前
现成无人机管理系统源码|支持私有化部署、二次开发、政企投标、自动机库对接
人工智能·无人机·低空经济·无人机管理系统·飞控管理系统
汇智信科28 分钟前
煤矿视频智能分析系统:基于 AI 视觉实现井下安全隐患实时监测与闭环管控
人工智能
h788139430 分钟前
录音容易纪要难?录音转文字 + AI 纪要实测,提升会议效率
人工智能·powerpoint
涛思数据(TDengine)32 分钟前
从“极速算“到“知识沉淀“:工业 AI 实战直播(十三、十四期)
人工智能·时序数据库·tdengine·工业互联网·工业ai
Summer-Bright34 分钟前
深度 | OpenAI 联合三星造芯:从模型层向底层算力延伸,AI 算力供应链开始重新洗牌
人工智能·ai·openai·芯片