GAN模型实现pytorch扩充不平衡数据集

时间: 2023-11-13 17:02:08 浏览: 60
您好,感谢您的提问。针对不平衡数据集,使用GAN模型可以生成更多的样本来增加类别的数量,但是由于GAN模型的训练需要消耗大量的计算资源和时间,因此需要根据实际情况进行取舍。 下面是使用pytorch实现GAN模型扩充不平衡数据集的一般步骤: 1.准备数据集,包括正样本和负样本,并对不平衡的类别进行标注。 2.根据正样本的特点设计生成器网络,通常是一个反卷积神经网络,并用随机的低维向量作为输入。 3.根据负样本的特点设计判别器网络,通常是一个卷积神经网络,并用样本图像作为输入。 4.定义损失函数,包括生成器的损失和判别器的损失,其中生成器的损失要让生成的样本尽可能地真实,而判别器的损失要提高对于负样本的分类准确率。 5.对生成器和判别器进行训练,交替训练两个网络,直到损失函数收敛。 希望对您有所帮助,如果您还有其他问题或需要更多的帮助,请随时告诉我。
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pytorch实现gan扩充莺尾花数据集代码

以下是使用 PyTorch 实现 GAN 对鸢尾花数据集进行扩充的示例代码: ```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 class Generator(nn.Module): def __init__(self, input_dim, output_dim): super().__init__() self.gen = nn.Sequential( nn.Linear(input_dim, 64), nn.ReLU(), nn.Linear(64, 128), nn.ReLU(), nn.Linear(128, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 512), nn.ReLU(), nn.Linear(512, output_dim), nn.Tanh() ) def forward(self, x): return self.gen(x) class Discriminator(nn.Module): def __init__(self, input_dim): super().__init__() self.disc = nn.Sequential( nn.Linear(input_dim, 512), nn.ReLU(), nn.Linear(512, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 1), nn.Sigmoid() ) def forward(self, x): return self.disc(x) # Set device device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") # Hyper-parameters batch_size = 64 input_dim_g = 100 # Input noise dimension for generator input_dim_d = 4 # Input data dimension for discriminator (iris dataset has 4 features) output_dim_g = 4 # Output data dimension for generator (iris dataset has 4 features) lr = 0.0002 num_epochs = 200 # Load the iris dataset def load_data(): transform = transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), ]) train_dataset = datasets.load_iris(root="./data", train=True, download=True, transform=transform) train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True) return train_loader def train(generator, discriminator, train_loader): # Loss functions and optimizers criterion = nn.BCELoss() optimizer_g = optim.Adam(generator.parameters(), lr=lr) optimizer_d = optim.Adam(discriminator.parameters(), lr=lr) for epoch in range(num_epochs): for batch_idx, (real_data, _) in enumerate(train_loader): real_data = real_data.view(-1, 4).to(device) # Train discriminator: max log(D(x)) + log(1 - D(G(z))) noise = torch.randn(batch_size, input_dim_g).to(device) fake_data = generator(noise) label_real = torch.ones(batch_size, 1).to(device) label_fake = torch.zeros(batch_size, 1).to(device) # Forward pass real and fake data through discriminator separately output_real = discriminator(real_data) output_fake = discriminator(fake_data) # Calculate the loss for discriminator loss_d_real = criterion(output_real, label_real) loss_d_fake = criterion(output_fake, label_fake) loss_d = loss_d_real + loss_d_fake # Backward and optimize discriminator discriminator.zero_grad() loss_d.backward() optimizer_d.step() # Train generator: max log(D(G(z))) noise = torch.randn(batch_size, input_dim_g).to(device) fake_data = generator(noise) # Forward pass fake data through discriminator output_fake = discriminator(fake_data) # Calculate the loss for generator loss_g = criterion(output_fake, label_real) # Backward and optimize generator generator.zero_grad() loss_g.backward() optimizer_g.step() print(f"Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Loss D: {loss_d.item():.4f}, Loss G: {loss_g.item():.4f}") return generator if __name__ == '__main__': # Set the seed value for reproducibility torch.manual_seed(42) # Load iris dataset and create the dataloader train_loader = load_data() # Initialize generator and discriminator generator = Generator(input_dim_g, output_dim_g).to(device) discriminator = Discriminator(input_dim_d).to(device) # Train the GAN model trained_generator = train(generator, discriminator, train_loader) # Generate fake data and convert it back to original scale with torch.no_grad(): noise = torch.randn(100, input_dim_g).to(device) fake_data = trained_generator(noise) fake_data = fake_data.cpu().numpy() # Convert the normalized data back to the original scale stats = np.load("./data/iris_stats.npz") fake_data = fake_data * stats['std'] + stats['mean'] # Save the generated data np.savetxt("./data/generated_data.csv", fake_data, delimiter=",") ``` 在此示例代码中,我们使用 PyTorch 实现了简单的 GAN 模型。该模型由一个生成器和一个判别器组成。我们通过一个 4 维的鸢尾花数据集用于训练该 GAN 模型,并生成具有相同数据分布的合成数据集。 需要注意的是,在上述示例代码中,我们尚未对数据集进行任何增强。如果需要进行数据增强,则可以使用 PyTorch 的 `transforms` 模块进行数据增强操作。例如,以下代码演示了如何使用 `transforms` 模块进行数据增强操作: ```python transform = transforms.Compose([ transforms.RandomHorizontalFlip(), transforms.RandomRotation(degrees=45), transforms.ToTensor(), ]) ``` 这里,我们使用了随机水平翻转 (`RandomHorizontalFlip`) 和随机旋转 (`RandomRotation`) 进行数据增强。最后,我们使用 `ToTensor` 将数据转换为张量形式,以便将其传递给 GAN 模型进行训练。

基于pytorch的输入为一通道 11*11大小的灰度图像,用LSTM-GAN来扩充数据集的代码

以下是一个基于PyTorch的LSTM-GAN模型,用于扩充灰度图像数据集。这个模型可以生成11*11大小的灰度图像。 ```python import torch import torch.nn as nn import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义LSTM-GAN模型 class LSTM_GAN(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(LSTM_GAN, self).__init__() # 定义LSTM层 self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size) # 定义生成器 self.generator = nn.Sequential( nn.Linear(hidden_size, 128), nn.ReLU(), nn.Linear(128, output_size), nn.Tanh() ) # 定义判别器 self.discriminator = nn.Sequential( nn.Linear(output_size, 128), nn.ReLU(), nn.Linear(128, 1), nn.Sigmoid() ) def forward(self, x): # 通过LSTM层获取隐藏状态 _, (hidden, _) = self.lstm(x) # 生成新的样本 generated = self.generator(hidden[-1]) # 判别新的样本 score = self.discriminator(generated) return generated, score # 定义训练函数 def train_lstm_gan(model, data, num_epochs=1000, batch_size=64, learning_rate=0.001): optimizer_g = torch.optim.Adam(model.generator.parameters(), lr=learning_rate) optimizer_d = torch.optim.Adam(model.discriminator.parameters(), lr=learning_rate) criterion = nn.BCELoss() for epoch in range(num_epochs): # 训练判别器 for i in range(batch_size): real_data = data[np.random.randint(0, len(data))] real_data = torch.from_numpy(real_data).float().view(1, 1, -1) fake_data = model.generator(torch.randn(1, model.lstm.hidden_size)) optimizer_d.zero_grad() real_score = model.discriminator(real_data) fake_score = model.discriminator(fake_data) real_loss = criterion(real_score, torch.ones_like(real_score)) fake_loss = criterion(fake_score, torch.zeros_like(fake_score)) loss_d = real_loss + fake_loss loss_d.backward() optimizer_d.step() # 训练生成器 for i in range(batch_size): fake_data = model.generator(torch.randn(1, model.lstm.hidden_size)) optimizer_g.zero_grad() fake_score = model.discriminator(fake_data) loss_g = criterion(fake_score, torch.ones_like(fake_score)) loss_g.backward() optimizer_g.step() # 输出损失 if epoch % 100 == 0: print('Epoch [{}/{}], Loss_G: {:.4f}, Loss_D: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, loss_g.item(), loss_d.item())) # 加载数据集 data = np.load('data.npy') # 定义模型 model = LSTM_GAN(11, 64, 11) # 训练模型 train_lstm_gan(model, data, num_epochs=5000, batch_size=64, learning_rate=0.001) # 生成新的样本 generated = [] for i in range(100): sample = model.generator(torch.randn(1, model.lstm.hidden_size)) generated.append(sample.detach().numpy().flatten()) generated = np.array(generated) # 显示生成的图像 plt.imshow(generated.T, cmap='gray') plt.show() ``` 需要注意的是,这个模型的训练需要很长的时间和大量的数据,因此建议使用GPU进行训练。同时,模型的超参数也需要进行调整以获得最佳的生成效果。

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