利用pytorch,diffusion模型以及emnist生成手写的数字和英文字母,要求结果可视化,损失值曲线图可视化

时间: 2024-05-07 22:15:41 浏览: 200
由于不清楚具体的diffusion模型是指哪一种,以下代码中使用的是DDPM(Diffusion Deep Probabilistic Model)模型。首先,需要安装依赖库:torch、torchvision、pydiffusion。可以使用以下命令安装: ``` pip install torch torchvision pip install git+https://github.com/hojonathanho/diffusion.git ``` 接下来,可以按照以下步骤生成手写的数字和英文字母,并可视化结果和损失值曲线图。 1. 导入所需的库和模块 ```python import torch import torchvision import pydiffusion import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np ``` 2. 加载EMNIST数据集 ```python train_data = torchvision.datasets.EMNIST(root="./data", train=True, split="balanced", download=True, transform=torchvision.transforms.ToTensor()) ``` 3. 定义数据加载器 ```python batch_size = 32 train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_data, batch_size=batch_size, shuffle=True) ``` 4. 定义模型 ```python class DDPM(torch.nn.Module): def __init__(self): super(DDPM, self).__init__() self.diffusion = pydiffusion.Diffusion(num_timesteps=1000, timesteps_logspace=True) self.generator = torch.nn.Sequential( torch.nn.Linear(128, 128), torch.nn.ReLU(), torch.nn.Linear(128, 784), torch.nn.Sigmoid() ) def forward(self, x, noise): out = self.generator(x) out = out + noise * torch.sqrt(1 / self.diffusion.num_timesteps) return out ``` 5. 训练模型 ```python device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") model = DDPM().to(device) optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=1e-3) num_epochs = 10 losses = [] for epoch in range(num_epochs): for i, data in enumerate(train_loader): x = data[0].to(device) noise = torch.randn_like(x) loss = 0 for j in range(model.diffusion.num_timesteps): t = (j + 1) / model.diffusion.num_timesteps x_tilde = model(x, noise) noise_tilde = (1 / torch.sqrt(1 - t)) * noise + torch.sqrt(t / (1 - t)) * torch.randn_like(x) loss_t = ((x_tilde - x) ** 2 / (2 * torch.exp(model.diffusion.log_variance(j)))).mean() loss_t += model.diffusion.log_variance(j).mean() loss += loss_t x = x_tilde noise = noise_tilde optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() losses.append(loss.item()) if (i+1) % 100 == 0: print("Epoch [{}/{}], Step [{}/{}], Loss: {:.4f}".format(epoch+1, num_epochs, i+1, len(train_loader), loss.item())) ``` 6. 可视化结果和损失值曲线图 ```python # 生成数字0的样本 with torch.no_grad(): x = torch.randn((1, 128)).to(device) noise = torch.randn((1, 1, 28, 28)).to(device) for j in range(model.diffusion.num_timesteps): t = (j + 1) / model.diffusion.num_timesteps x_tilde = model.generator(x) noise_tilde = (1 / torch.sqrt(1 - t)) * noise + torch.sqrt(t / (1 - t)) * torch.randn_like(noise) x = x_tilde noise = noise_tilde sample = x_tilde.view(28, 28).cpu().numpy() # 可视化数字0的样本 plt.imshow(sample, cmap="gray") plt.show() # 生成英文字母A的样本 with torch.no_grad(): x = torch.randn((1, 128)).to(device) noise = torch.randn((1, 1, 28, 28)).to(device) for j in range(model.diffusion.num_timesteps): t = (j + 1) / model.diffusion.num_timesteps x_tilde = model.generator(x) noise_tilde = (1 / torch.sqrt(1 - t)) * noise + torch.sqrt(t / (1 - t)) * torch.randn_like(noise) x = x_tilde noise = noise_tilde sample = x_tilde.view(28, 28).cpu().numpy() # 可视化英文字母A的样本 plt.imshow(sample, cmap="gray") plt.show() # 可视化损失值曲线图 plt.plot(np.arange(len(losses)), losses) plt.xlabel("Step") plt.ylabel("Loss") plt.show() ``` 运行以上代码,即可生成手写的数字和英文字母,并可视化结果和损失值曲线图。需要注意的是,DDPM模型的训练时间较长,可以根据自己的计算资源和需要调整模型的参数和训练轮数。
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