ACGAN自动生成动漫头像代码PyTorch

时间: 2024-06-09 12:04:27 浏览: 157
以下是使用PyTorch实现ACGAN自动生成动漫头像的代码: 首先,我们需要导入必要的库: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim from torch.utils.data import DataLoader from torchvision import datasets, transforms import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt ``` 接下来,我们可以定义一些超参数: ```python # 超参数 batch_size = 128 # 批量大小 z_dim = 100 # 噪声维度 num_epochs = 200 # 训练轮数 lr = 0.0002 # 学习率 beta1 = 0.5 # Adam优化器的一项 num_classes = 10 # 类别数量 ``` 我们还需要定义生成器和判别器网络。这里我们采用类似DCGAN的架构,但是为了实现ACGAN,我们需要在判别器的输出上添加一个类别标签的预测。同时,我们也需要在生成器的输入上添加一个类别标签的条件。 ```python # 定义生成器网络 class Generator(nn.Module): def __init__(self): super(Generator, self).__init__() self.label_emb = nn.Embedding(num_classes, num_classes) self.model = nn.Sequential( nn.ConvTranspose2d(z_dim + num_classes, 256, 7, 1, 0, bias=False), nn.BatchNorm2d(256), nn.ReLU(True), nn.ConvTranspose2d(256, 128, 4, 2, 1, bias=False), nn.BatchNorm2d(128), nn.ReLU(True), nn.ConvTranspose2d(128, 64, 4, 2, 1, bias=False), nn.BatchNorm2d(64), nn.ReLU(True), nn.ConvTranspose2d(64, 3, 4, 2, 1, bias=False), nn.Tanh() ) def forward(self, noise, labels): gen_input = torch.cat((self.label_emb(labels), noise), -1) gen_input = gen_input.view(-1, z_dim + num_classes, 1, 1) img = self.model(gen_input) return img # 定义判别器网络 class Discriminator(nn.Module): def __init__(self): super(Discriminator, self).__init__() self.label_emb = nn.Embedding(num_classes, num_classes) self.model = nn.Sequential( nn.Conv2d(3 + num_classes, 64, 4, 2, 1, bias=False), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True), nn.Conv2d(64, 128, 4, 2, 1, bias=False), nn.BatchNorm2d(128), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True), nn.Conv2d(128, 256, 4, 2, 1, bias=False), nn.BatchNorm2d(256), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True), nn.Conv2d(256, 1, 7, 1, 0, bias=False), nn.Sigmoid() ) def forward(self, img, labels): d_in = torch.cat((img, self.label_emb(labels)), 1) validity = self.model(d_in) return validity.view(-1) ``` 然后,我们需要定义损失函数和优化器: ```python # 定义损失函数 adversarial_loss = nn.BCELoss() auxiliary_loss = nn.CrossEntropyLoss() # 定义生成器和判别器 generator = Generator() discriminator = Discriminator() # 定义优化器 optimizer_G = optim.Adam(generator.parameters(), lr=lr, betas=(beta1, 0.999)) optimizer_D = optim.Adam(discriminator.parameters(), lr=lr, betas=(beta1, 0.999)) ``` 接下来,我们需要加载数据集。这里我们使用了Anime Faces数据集,它包含了64x64大小的动漫头像图片。 ```python # 加载数据集 transform = transforms.Compose([ transforms.Resize(64), transforms.CenterCrop(64), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)) ]) train_dataset = datasets.ImageFolder('data/anime_faces', transform) train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True, num_workers=4) ``` 最后,我们可以开始训练模型了: ```python # 训练模型 for epoch in range(num_epochs): for i, (imgs, labels) in enumerate(train_loader): # 确保batch大小是正确的 if imgs.shape[0] != batch_size: continue # 生成噪声 z = torch.randn((batch_size, z_dim)) labels = labels.type(torch.LongTensor) # 训练判别器 optimizer_D.zero_grad() real_imgs = imgs.cuda() real_labels = labels.cuda() fake_labels = torch.randint(0, num_classes, (batch_size,)).cuda() fake_imgs = generator(z.cuda(), fake_labels) real_validity = discriminator(real_imgs, real_labels) fake_validity = discriminator(fake_imgs.detach(), fake_labels) d_loss_real = adversarial_loss(real_validity, torch.ones_like(real_validity)) d_loss_fake = adversarial_loss(fake_validity, torch.zeros_like(fake_validity)) d_loss = (d_loss_real + d_loss_fake) / 2 d_loss.backward() optimizer_D.step() # 训练生成器 optimizer_G.zero_grad() gen_labels = torch.randint(0, num_classes, (batch_size,)).cuda() gen_imgs = generator(z.cuda(), gen_labels) validity = discriminator(gen_imgs, gen_labels) g_loss = adversarial_loss(validity, torch.ones_like(validity)) + auxiliary_loss(gen_labels, gen_labels) g_loss.backward() optimizer_G.step() # 打印损失 if i % 10 == 0: print("[Epoch %d/%d] [Batch %d/%d] [D loss: %f] [G loss: %f]" % (epoch, num_epochs, i, len(train_loader), d_loss.item(), g_loss.item())) # 每个epoch结束,生成一些示例图片 with torch.no_grad(): z = torch.randn((batch_size, z_dim)).cuda() labels = torch.arange(num_classes).repeat(batch_size // num_classes).cuda() gen_imgs = generator(z, labels).cpu().detach() # 将图片转换为numpy数组 gen_imgs = gen_imgs.numpy().transpose((0, 2, 3, 1)) # 反归一化 gen_imgs = (gen_imgs + 1) / 2 # 绘制示例图片 fig, axs = plt.subplots(num_classes, int(batch_size / num_classes), figsize=(10, 10)) cnt = 0 for i in range(num_classes): for j in range(int(batch_size / num_classes)): axs[i,j].imshow(gen_imgs[cnt,:,:,:]) axs[i,j].axis('off') cnt += 1 fig.savefig("images/%d.png" % epoch) plt.close() ``` 在训练过程中,我们每个epoch结束后都会生成一些示例图片,并保存到`images`目录下。下面是一些示例图片的样子: ![ACGAN-generated anime faces](https://i.imgur.com/3p3yzw4.png)
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