请用TensorFlow2构建一个DCGAN模型生成数字图片,包括模型的搭建,编译及训练

时间: 2024-03-16 07:41:28 浏览: 135
好的,我可以帮你构建一个DCGAN模型生成数字图片。首先,我们需要导入相关的库和数据集: ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras.datasets import mnist import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 加载mnist数据集 (train_images, _), (_, _) = mnist.load_data() # 将像素值缩放到[-1, 1]之间 train_images = train_images.reshape(train_images.shape[0], 28, 28, 1).astype('float32') train_images = (train_images - 127.5) / 127.5 ``` 接下来,我们定义生成器和判别器模型。生成器使用反卷积层(transpose convolutional layers)将随机噪声(latent space)转换为图像,判别器则是一个二分类器,用于区分真实图片和生成器生成的假图片。 ```python def make_generator_model(): model = tf.keras.Sequential() model.add(tf.keras.layers.Dense(7*7*256, use_bias=False, input_shape=(100,))) model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization()) model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU()) model.add(tf.keras.layers.Reshape((7, 7, 256))) assert model.output_shape == (None, 7, 7, 256) model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(128, (5, 5), strides=(1, 1), padding='same', use_bias=False)) assert model.output_shape == (None, 7, 7, 128) model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization()) model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU()) model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(64, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False)) assert model.output_shape == (None, 14, 14, 64) model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization()) model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU()) model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(1, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False, activation='tanh')) assert model.output_shape == (None, 28, 28, 1) return model def make_discriminator_model(): model = tf.keras.Sequential() model.add(tf.keras.layers.Conv2D(64, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', input_shape=[28, 28, 1])) model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU()) model.add(tf.keras.layers.Dropout(0.3)) model.add(tf.keras.layers.Conv2D(128, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same')) model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU()) model.add(tf.keras.layers.Dropout(0.3)) model.add(tf.keras.layers.Flatten()) model.add(tf.keras.layers.Dense(1)) return model ``` 接下来,我们实例化生成器和判别器模型,并定义损失函数和优化器。 ```python generator = make_generator_model() discriminator = make_discriminator_model() # 定义损失函数和优化器 cross_entropy = tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True) def discriminator_loss(real_output, fake_output): real_loss = cross_entropy(tf.ones_like(real_output), real_output) fake_loss = cross_entropy(tf.zeros_like(fake_output), fake_output) total_loss = real_loss + fake_loss return total_loss def generator_loss(fake_output): return cross_entropy(tf.ones_like(fake_output), fake_output) generator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(1e-4) discriminator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(1e-4) ``` 接下来,我们定义训练函数,并在每个epoch结束后生成一些样本图片以观察生成器的输出。 ```python # 定义训练函数 @tf.function def train_step(images): noise = tf.random.normal([batch_size, 100]) with tf.GradientTape() as gen_tape, tf.GradientTape() as disc_tape: generated_images = generator(noise, training=True) real_output = discriminator(images, training=True) fake_output = discriminator(generated_images, training=True) gen_loss = generator_loss(fake_output) disc_loss = discriminator_loss(real_output, fake_output) gradients_of_generator = gen_tape.gradient(gen_loss, generator.trainable_variables) gradients_of_discriminator = disc_tape.gradient(disc_loss, discriminator.trainable_variables) generator_optimizer.apply_gradients(zip(gradients_of_generator, generator.trainable_variables)) discriminator_optimizer.apply_gradients(zip(gradients_of_discriminator, discriminator.trainable_variables)) # 定义生成图片函数 def generate_and_save_images(model, epoch, test_input): predictions = model(test_input, training=False) fig = plt.figure(figsize=(4, 4)) for i in range(predictions.shape[0]): plt.subplot(4, 4, i + 1) plt.imshow(predictions[i, :, :, 0] * 127.5 + 127.5, cmap='gray') plt.axis('off') plt.savefig('image_at_epoch_{:04d}.png'.format(epoch)) plt.show() ``` 最后,我们进行模型的训练: ```python # 定义训练参数 EPOCHS = 100 batch_size = 256 noise_dim = 100 num_examples_to_generate = 16 # 生成固定的噪声,用于每个epoch结束后生成样本图片 seed = tf.random.normal([num_examples_to_generate, noise_dim]) # 训练模型 for epoch in range(EPOCHS): for i in range(train_images.shape[0] // batch_size): batch = train_images[i * batch_size:(i + 1) * batch_size] train_step(batch) if epoch % 10 == 0: generate_and_save_images(generator, epoch + 1, seed) ``` 这样,我们就完成了DCGAN模型的搭建、编译和训练,可以通过生成的样本图片来验证生成器的输出效果。
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