用Python实现WGAN平衡违约风险的数据集

WGAN（Wasserstein GAN）是一种生成对抗网络（GAN）算法，它可以用于生成符合特定分布的样本。关于WGAN的详细介绍超出了本次回答的范围，如果您有兴趣，可以查阅相关资料进行深入了解。

接下来，我将为您介绍如何用Python实现WGAN平衡违约风险的数据集。首先，您需要准备用于训练模型的数据集。这个数据集需要包含两部分：一部分是违约样本，另一部分是非违约样本。

下面是一个简单的代码示例，演示如何使用Python和NumPy来生成一个简单的数据集：

import numpy as np

# 生成随机数据
def generate_data(num_samples, num_features):
    data = np.random.rand(num_samples, num_features)
    labels = np.zeros(num_samples)
    # 设定前n个样本为违约样本
    n = int(num_samples * 0.2)
    labels[:n] = 1
    return data, labels

# 生成数据集
data, labels = generate_data(1000, 20)

在上面的代码中，我们生成了1000个样本，每个样本包含20个特征。前20%的样本被标记为违约样本（标签为1），其余的样本被标记为非违约样本（标签为0）。

接下来，我们需要定义WGAN模型，以便训练和生成新的样本。这里我们使用Keras库来实现WGAN模型，示例如下：

from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense, Reshape, Flatten
from keras.optimizers import Adam
from keras.backend import random_normal

# 定义WGAN模型
def build_wgan_model(num_features):
    model = Sequential()
    model.add(Dense(128, input_shape=(num_features,), activation='relu'))
    model.add(Dense(64, activation='relu'))
    model.add(Dense(32, activation='relu'))
    model.add(Dense(1))
    return model

# 定义生成器（generator）
def build_generator(num_features, latent_dim):
    model = Sequential()
    model.add(Dense(128, input_dim=latent_dim, activation='relu'))
    model.add(Dense(64, activation='relu'))
    model.add(Dense(32, activation='relu'))
    model.add(Dense(num_features, activation='linear'))
    return model

# 定义判别器（discriminator）
def build_discriminator(num_features):
    model = Sequential()
    model.add(Dense(128, input_shape=(num_features,), activation='relu'))
    model.add(Dense(64, activation='relu'))
    model.add(Dense(32, activation='relu'))
    model.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
    return model

# 定义WGAN模型
def build_wgan(num_features, latent_dim, lr=0.0002):
    # 构建生成器和判别器
    generator = build_generator(num_features, latent_dim)
    discriminator = build_discriminator(num_features)
    # 冻结判别器权重
    discriminator.trainable = False
    # 构建WGAN模型
    wgan = Sequential()
    wgan.add(generator)
    wgan.add(discriminator)
    # 编译WGAN模型
    wgan.compile(loss=wasserstein_loss, optimizer=Adam(lr=lr, beta_1=0.5))
    return wgan

在上面的代码中，我们定义了WGAN模型、生成器和判别器。WGAN模型由生成器和判别器组成，它们都是神经网络模型。生成器用于生成新的样本，判别器用于判断一个样本是真实的还是生成的。在WGAN中，我们使用Wasserstein距离来度量生成样本和真实样本之间的差异，而不是传统的交叉熵损失函数。

最后，我们可以使用上面定义的模型来训练WGAN，并生成新的样本。示例如下：

# 定义Wasserstein距离损失函数
def wasserstein_loss(y_true, y_pred):
    return -K.mean(y_true * y_pred)

# 训练WGAN模型
def train_wgan(data, labels, num_epochs=1000, batch_size=32, latent_dim=100):
    # 定义WGAN模型
    wgan = build_wgan(data.shape[1], latent_dim)
    # 迭代训练
    for epoch in range(num_epochs):
        # 随机选择一批真实样本
        idx = np.random.randint(0, len(data), batch_size)
        real_samples = data[idx]
        # 生成一批噪声
        noise = random_normal((batch_size, latent_dim))
        # 使用生成器生成一批新样本
        fake_samples = wgan.predict(noise)
        # 训练判别器
        d_loss_real = wgan.train_on_batch(real_samples, -np.ones(batch_size))
        d_loss_fake = wgan.train_on_batch(fake_samples, np.ones(batch_size))
        d_loss = 0.5 * np.add(d_loss_fake, d_loss_real)
        # 训练生成器
        g_loss = wgan.train_on_batch(noise, -np.ones(batch_size))
        # 打印训练进度
        print("Epoch %d: [D loss: %f] [G loss: %f]" % (epoch, d_loss, g_loss))

在上面的代码中，我们使用随机梯度下降（SGD）算法来训练WGAN模型。训练过程中，我们随机选择一批真实样本和一批噪声，使用生成器生成一批新样本，然后训练判别器和生成器来最小化Wasserstein距离损失函数。

最后，我们可以使用训练好的WGAN模型来生成新的样本。示例如下：

# 生成新的样本
def generate_samples(wgan, num_samples, latent_dim):
    # 生成一批噪声
    noise = random_normal((num_samples, latent_dim))
    # 使用生成器生成新样本
    samples = wgan.predict(noise)
    return samples

在上面的代码中，我们使用生成器来生成新的样本。我们可以使用这些新样本来平衡违约风险数据集，以便更好地训练分类模型。

这就是用Python实现WGAN平衡违约风险数据集的简单示例。请注意，这只是一个演示，实际应用中可能需要更多的调整和优化。