50次pgd攻击,生成mnist数据集的对抗样本，并将对抗样本转化为npy文件

以下是 Python 代码，使用 FGSM 和 PGD 攻击生成 MNIST 数据集的对抗样本，并将其保存为 .npy 文件：

import tensorflow as tf
import numpy as np
from keras.datasets import mnist

# 加载 MNIST 数据集
(x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data()
x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0
x_train = x_train.reshape(-1, 28, 28, 1)
x_test = x_test.reshape(-1, 28, 28, 1)

# 定义模型
model = tf.keras.models.Sequential([
  tf.keras.layers.Conv2D(32, (3,3), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)),
  tf.keras.layers.MaxPooling2D((2, 2)),
  tf.keras.layers.Flatten(),
  tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])

model.compile(optimizer='adam',
              loss='sparse_categorical_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])

# 训练模型
model.fit(x_train, y_train, epochs=5, validation_data=(x_test, y_test))

# FGSM 攻击
def fgsm_attack(image, epsilon, gradient):
    sign_gradient = tf.sign(gradient)
    perturbed_image = image + epsilon * sign_gradient
    perturbed_image = tf.clip_by_value(perturbed_image, 0, 1)
    return perturbed_image

# PGD 攻击
def pgd_attack(model, image, label, epsilon, alpha, iterations):
    adv_image = tf.identity(image)
    for i in range(iterations):
        with tf.GradientTape() as tape:
            tape.watch(adv_image)
            prediction = model(adv_image)
            loss = tf.keras.losses.sparse_categorical_crossentropy(label, prediction)
        gradient = tape.gradient(loss, adv_image)
        signed_grad = tf.sign(gradient)
        perturbed_image = adv_image + alpha*signed_grad
        perturbed_image = tf.clip_by_value(perturbed_image, 0, 1)
        perturbed_image = fgsm_attack(perturbed_image, epsilon, gradient)
        adv_image = tf.identity(perturbed_image)
    return adv_image.numpy()

# 生成对抗样本并保存为 npy 文件
eps = 0.15
alpha = 0.01
iters = 50
adversarial_images = []
for i in range(x_test.shape[0]):
    img = np.expand_dims(x_test[i], axis=0)
    label = tf.cast(y_test[i], tf.int64)
    adv_img = pgd_attack(model, img, label, eps, alpha, iters)
    adversarial_images.append(adv_img)
adversarial_images = np.array(adversarial_images)
np.save('adversarial_mnist.npy', adversarial_images)

在以上代码中，我们首先加载 MNIST 数据集，并将像素值缩小到 0 到 1 之间。然后，我们定义了一个简单的 CNN 模型，并使用训练集对其进行了训练。

接下来，我们定义并实现了 FGSM 和 PGD 攻击。FGSM 攻击只需在模型梯度的基础上添加扰动，而 PGD 攻击是一种迭代攻击，每次迭代会计算梯度并加上一个小扰动，最终生成对抗样本。

最后，我们使用 PGD 攻击生成 MNIST 数据集的 50 个对抗样本，并将其保存为 .npy 文件。