python keras使用CGAN网络生成不同类型的时间序列并保存代码

时间: 2023-12-14 13:40:08 浏览: 168
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基于Keras+LSTM多变量时间序列预测Python源码+文档说明.zip

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下面是一个使用CGAN网络生成不同类型时间序列的示例代码,包括保存模型和生成的时间序列。 首先,我们需要导入必要的库: ```python from keras.layers import Input, Dense, Reshape, Flatten, Dropout, Embedding, multiply from keras.layers import BatchNormalization, Activation, ZeroPadding2D, Concatenate, Conv2DTranspose 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 from keras.utils import to_categorical import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt ``` 然后定义一些超参数: ```python img_rows = 28 img_cols = 28 channels = 1 img_shape = (img_rows, img_cols, channels) latent_dim = 100 num_classes = 10 ``` 接下来,我们定义生成器和判别器模型: ```python def build_generator(): model = Sequential() model.add(Dense(256, input_dim=latent_dim)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(Dense(512)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(Dense(1024)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(BatchNormalization(momentum=0.8)) model.add(Dense(np.prod(img_shape), activation='tanh')) model.add(Reshape(img_shape)) noise = Input(shape=(latent_dim,)) label = Input(shape=(1,), dtype='int32') label_embedding = Flatten()(Embedding(num_classes, latent_dim)(label)) model_input = multiply([noise, label_embedding]) img = model(model_input) return Model([noise, label], img) def build_discriminator(): model = Sequential() model.add(Dense(512, input_dim=np.prod(img_shape))) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dense(512)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dropout(0.4)) model.add(Dense(512)) model.add(LeakyReLU(alpha=0.2)) model.add(Dropout(0.4)) model.add(Dense(1, activation='sigmoid')) img = Input(shape=img_shape) label = Input(shape=(1,), dtype='int32') label_embedding = Flatten()(Embedding(num_classes, np.prod(img_shape))(label)) flat_img = Flatten()(img) model_input = multiply([flat_img, label_embedding]) validity = model(model_input) return Model([img, label], validity) ``` 然后,我们构建CGAN模型: ```python optimizer = Adam(0.0002, 0.5) # Build and compile the discriminator discriminator = build_discriminator() discriminator.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer=optimizer, metrics=['accuracy']) # Build the generator generator = build_generator() # The generator takes noise and the target label as input # and generates the corresponding digit of that label noise = Input(shape=(latent_dim,)) label = Input(shape=(1,)) img = generator([noise, label]) # For the combined model we will only train the generator discriminator.trainable = False # The discriminator takes generated image and the target label as input # and determines if the generated image is real or fake valid = discriminator([img, label]) # The combined model (stacked generator and discriminator) # Trains the generator to fool the discriminator combined = Model([noise, label], valid) combined.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer=optimizer) ``` 接下来,我们加载数据集: ```python (X_train, y_train), (_, _) = mnist.load_data() # Rescale -1 to 1 X_train = X_train / 127.5 - 1. X_train = np.expand_dims(X_train, axis=3) # Convert labels to one-hot encoding y_train = to_categorical(y_train, num_classes=num_classes) ``` 现在,我们定义一些辅助函数来保存模型和生成的时间序列: ```python def save_models(epoch): generator.save('cgan_generator_epoch_%d.h5' % epoch) discriminator.save('cgan_discriminator_epoch_%d.h5' % epoch) def generate_and_save_images(generator, epoch, noise): # Generate images from noise labels = np.arange(0, num_classes).reshape(-1, 1) gen_imgs = generator.predict([noise, labels]) # Rescale images to 0-1 gen_imgs = 0.5 * gen_imgs + 0.5 # Plot images fig, axs = plt.subplots(num_classes, 1, figsize=(10, 10)) cnt = 0 for i in range(num_classes): axs[i].imshow(gen_imgs[cnt, :, :, 0], cmap='gray') axs[i].set_title("Digit: %d" % cnt) axs[i].axis('off') cnt += 1 fig.savefig("cgan_generated_image_epoch_%d.png" % epoch) plt.close() ``` 最后,我们训练CGAN模型并保存生成的时间序列: ```python epochs = 10000 batch_size = 32 save_interval = 1000 # Adversarial ground truths valid = np.ones((batch_size, 1)) fake = np.zeros((batch_size, 1)) for epoch in range(epochs): # --------------------- # Train Discriminator # --------------------- # Select a random batch of images and labels idx = np.random.randint(0, X_train.shape[0], batch_size) imgs, labels = X_train[idx], y_train[idx] # Generate a batch of fake images noise = np.random.normal(0, 1, (batch_size, latent_dim)) gen_imgs = generator.predict([noise, labels]) # Train the discriminator d_loss_real = discriminator.train_on_batch([imgs, labels], valid) d_loss_fake = discriminator.train_on_batch([gen_imgs, labels], fake) d_loss = 0.5 * np.add(d_loss_real, d_loss_fake) # --------------------- # Train Generator # --------------------- # Generate a batch of noise noise = np.random.normal(0, 1, (batch_size, latent_dim)) # Train the generator (to have the discriminator label samples as valid) g_loss = combined.train_on_batch([noise, labels], valid) # Plot the progress print("%d [D loss: %f, acc.: %.2f%%] [G loss: %f]" % (epoch, d_loss[0], 100 * d_loss[1], g_loss)) # Save generated images and models at save intervals if epoch % save_interval == 0: save_models(epoch) generate_and_save_images(generator, epoch, noise) ``` 这样,我们就可以生成多个数字类型的时间序列,并将模型和生成的时间序列保存在本地。
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