python实现GAN

时间: 2023-12-04 21:55:15 浏览: 118
GAN(Generative Adversarial Networks)是一种生成式模型,通过训练生成器和判别器两个模型,实现生成与真实数据相似的数据样本。下面是一个简单的Python实现GAN的示例代码: ``` import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from keras.datasets import mnist from keras.layers import Input, Dense, Reshape, Flatten from keras.layers import BatchNormalization, Activation, ZeroPadding2D from keras.layers.advanced_activations import LeakyReLU from keras.layers.convolutional import UpSampling2D, Conv2D from keras.models import Sequential, Model from keras.optimizers import Adam # 定义生成器模型 def build_generator(): model = Sequential() model.add(Dense(128 * 7 * 7, activation="relu", input_dim=100)) model.add(Reshape((7, 7, 128))) model.add(UpSampling2D()) model.add(Conv2D(128, kernel_size=3, padding="same")) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(Activation("relu")) model.add(UpSampling2D()) model.add(Conv2D(64, kernel_size=3, padding="same")) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(Activation("relu")) model.add(Conv2D(1, kernel_size=3, padding="same")) model.add(Activation("tanh")) noise = Input(shape=(100,)) img = model(noise) return Model(noise, img) # 定义判别器模型 def build_discriminator(): model = Sequential() model.add(Conv2D(32, kernel_size=3, strides=2, input_shape=(28, 28, 1), padding="same")) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dropout(0.25)) model.add(Conv2D(64, kernel_size=3, strides=2, padding="same")) model.add(ZeroPadding2D(padding=((0,1),(0,1)))) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dropout(0.25)) model.add(Conv2D(128, kernel_size=3, strides=2, padding="same")) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dropout(0.25)) model.add(Conv2D(256, kernel_size=3, strides=1, padding="same")) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dropout(0.25)) model.add(Flatten()) model.add(Dense(1, activation='sigmoid')) img = Input(shape=(28, 28, 1)) validity = model(img) return Model(img, validity) # 训练GAN模型 def train_gan(epochs, batch_size): # 加载数据 (X_train, _), (_, _) = mnist.load_data() # 归一化数据 X_train = X_train / 127.5 - 1. X_train = np.expand_dims(X_train, axis=3) # 构建判别器和生成器 discriminator = build_discriminator() discriminator.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer=Adam(0.0002, 0.5), metrics=['accuracy']) generator = build_generator() # 构造GAN模型 z = Input(shape=(100,)) img = generator(z) validity = discriminator(img) combined = Model(z, validity) combined.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer=Adam(0.0002, 0.5)) # 训练GAN模型 for epoch in range(epochs): # 训练判别器 idx = np.random.randint(0, X_train.shape[0], batch_size) imgs = X_train[idx] noise = np.random.normal(0, 1, (batch_size, 100)) gen_imgs = generator.predict(noise) d_loss_real = discriminator.train_on_batch(imgs, np.ones((batch_size, 1))) d_loss_fake = discriminator.train_on_batch(gen_imgs, np.zeros((batch_size, 1))) d_loss = 0.5 * np.add(d_loss_real, d_loss_fake) # 训练生成器 noise = np.random.normal(0, 1, (batch_size, 100)) g_loss = combined.train_on_batch(noise, np.ones((batch_size, 1))) # 打印损失 print ("%d [D loss: %f, acc.: %.2f%%] [G loss: %f]" % (epoch, d_loss[0], 100*d_loss[1], g_loss)) # 每100个epoch保存一次生成的图片 if epoch % 100 == 0: save_imgs(generator, epoch) # 保存生成的图片 def save_imgs(generator, epoch): r, c = 5, 5 noise = np.random.normal(0, 1, (r * c, 100)) gen_imgs = generator.predict(noise) # 将生成的图片转换为0-1之间的值 gen_imgs = 0.5 * gen_imgs + 0.5 # 绘制生成的图片 fig, axs = plt.subplots(r, c) cnt = 0 for i in range(r): for j in range(c): axs[i,j].imshow(gen_imgs[cnt, :,:,0], cmap='gray') axs[i,j].axis('off') cnt += 1 fig.savefig("images/mnist_%d.png" % epoch) plt.close() # 执行GAN模型训练 train_gan(epochs=20000, batch_size=32) ``` 上述代码中,我们使用MNIST数据集来训练GAN模型。首先,我们定义了一个生成器模型和一个判别器模型,然后使用这两个模型构建了一个GAN模型。在训练过程中,我们首先训练判别器,然后训练生成器,最后将两个模型结合在一起进行训练。在训练过程中,我们每隔100个epoch保存一次生成的图片。
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