CGAN代码

时间: 2023-07-03 22:18:22 浏览: 55
以下是一个简单的CGAN的Python代码示例,用于生成手写数字图像。假设我们想要在MNIST数据集上生成数字4的图像: ```python import numpy as np import tensorflow as tf from tensorflow.keras.layers import Dense, Flatten, Reshape, Conv2DTranspose, Conv2D, LeakyReLU, Dropout, Input, Embedding, Concatenate from tensorflow.keras import Model # 加载MNIST数据集 (x_train, y_train), (_, _) = tf.keras.datasets.mnist.load_data() x_train = x_train[y_train == 4] # 选择数字4的图像 x_train = x_train.reshape(x_train.shape[0], 28, 28, 1).astype('float32') x_train = (x_train - 127.5) / 127.5 # 将像素值缩放到[-1, 1]之间 BUFFER_SIZE = 60000 BATCH_SIZE = 256 EPOCHS = 50 NUM_CLS = 10 # 数字的类别数 NOISE_DIM = 100 # 用于生成假图像的生成器网络 def make_generator_model(): model = tf.keras.Sequential() model.add(Dense(7*7*256, use_bias=False, input_shape=(NOISE_DIM+NUM_CLS,))) model.add(BatchNormalization()) model.add(LeakyReLU()) model.add(Reshape((7, 7, 256))) assert model.output_shape == (None, 7, 7, 256) # 注意:batch size 没有限制 model.add(Conv2DTranspose(128, (5, 5), strides=(1, 1), padding='same', use_bias=False)) assert model.output_shape == (None, 7, 7, 128) model.add(BatchNormalization()) model.add(LeakyReLU()) model.add(Conv2DTranspose(64, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False)) assert model.output_shape == (None, 14, 14, 64) model.add(BatchNormalization()) model.add(LeakyReLU()) model.add(Conv2DTranspose(1, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False, activation='tanh')) assert model.output_shape == (None, 28, 28, 1) return model # 用于判别真假图像的判别器网络 def make_discriminator_model(): model = tf.keras.Sequential() model.add(Conv2D(64, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', input_shape=[28, 28, 1])) model.add(LeakyReLU()) model.add(Dropout(0.3)) model.add(Conv2D(128, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same')) model.add(LeakyReLU()) model.add(Dropout(0.3)) model.add(Flatten()) model.add(Dense(1)) return model # 将类别信息转换成one-hot编码 def make_one_hot(labels): one_hot = tf.one_hot(labels, NUM_CLS) return tf.reshape(one_hot, (len(labels), NUM_CLS)) # 定义损失函数 cross_entropy = tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True) categorical_crossentropy = tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy(from_logits=True) # 定义生成器的损失函数 def generator_loss(fake_output, labels): return cross_entropy(tf.ones_like(fake_output), fake_output) + categorical_crossentropy(labels, fake_output) # 定义判别器的损失函数 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 # 定义优化器 generator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(1e-4) discriminator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(1e-4) # 定义生成器和判别器 generator = make_generator_model() discriminator = make_discriminator_model() # 定义训练步骤 @tf.function def train_step(images, labels): noise = tf.random.normal([BATCH_SIZE, NOISE_DIM]) gen_input = tf.concat([noise, labels], axis=1) with tf.GradientTape() as gen_tape, tf.GradientTape() as disc_tape: generated_images = generator(gen_input, training=True) real_output = discriminator(images, training=True) fake_output = discriminator(generated_images, training=True) gen_loss = generator_loss(fake_output, labels) 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)) # 开始训练 for epoch in range(EPOCHS): for i in range(x_train.shape[0] // BATCH_SIZE): images = x_train[i * BATCH_SIZE:(i + 1) * BATCH_SIZE] labels = make_one_hot(np.ones(BATCH_SIZE) * 4) # 生成数字4的图像 train_step(images, labels) # 每个epoch结束后生成一张图像 noise = tf.random.normal([1, NOISE_DIM]) label = make_one_hot(np.array([4])) gen_input = tf.concat([noise, label], axis=1) generated_image = generator(gen_input, training=False) generated_image = generated_image * 127.5 + 127.5 # 将像素值还原到[0, 255]之间 generated_image = generated_image.numpy().squeeze().astype('uint8') plt.imshow(generated_image, cmap='gray') plt.axis('off') plt.show() ``` 这段代码中使用了MNIST数据集,通过生成器生成数字4的图像。在训练过程中,我们将生成器和判别器进行交替训练,并通过优化器更新网络参数。

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