域对抗思想实现MNIST向MNIST_M迁移的代码

时间: 2024-01-30 10:45:39 浏览: 31
实现MNIST向MNIST_M的迁移可以采用域对抗思想,具体实现可以使用深度学习框架PyTorch。以下是一份基于PyTorch实现的代码示例,用于将MNIST数据集训练的模型迁移到MNIST_M数据集上。 首先,需要安装PyTorch和 torchvision 库: ```python !pip install torch torchvision ``` 然后,我们需要加载MNIST和MNIST_M数据集。MNIST数据集是手写数字的灰度图像,MNIST_M数据集是由三个不同颜色的背景(黑色、白色和砖红色)组成的手写数字图像。 ```python import torch import torchvision from torchvision import datasets, transforms # 设置数据集路径 data_dir = './data/' # 定义转换器,将图像转换为张量并进行归一化处理 transform = transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5,), (0.5,)) ]) # 加载MNIST数据集 mnist_train = datasets.MNIST(data_dir, train=True, download=True, transform=transform) mnist_test = datasets.MNIST(data_dir, train=False, download=True, transform=transform) # 加载MNIST_M数据集 mnist_m_train = datasets.ImageFolder(data_dir + 'mnist_m/train/', transform=transform) mnist_m_test = datasets.ImageFolder(data_dir + 'mnist_m/test/', transform=transform) ``` 接下来,我们需要定义模型。在本示例中,我们使用一个简单的卷积神经网络作为分类器。 ```python import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F class Classifier(nn.Module): def __init__(self): super(Classifier, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, 3, stride=1, padding=1) self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, 3, stride=1, padding=1) self.dropout = nn.Dropout2d(p=0.25) self.fc1 = nn.Linear(64 * 7 * 7, 128) self.fc2 = nn.Linear(128, 10) def forward(self, x): x = F.relu(self.conv1(x)) x = F.relu(self.conv2(x)) x = F.max_pool2d(x, 2) x = self.dropout(x) x = torch.flatten(x, 1) x = F.relu(self.fc1(x)) x = self.dropout(x) x = self.fc2(x) return x ``` 然后,我们定义一个域分类器来判断图像来自MNIST或MNIST_M数据集。 ```python class DomainClassifier(nn.Module): def __init__(self): super(DomainClassifier, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, 3, stride=1, padding=1) self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, 3, stride=1, padding=1) self.dropout = nn.Dropout2d(p=0.25) self.fc1 = nn.Linear(64 * 7 * 7, 128) self.fc2 = nn.Linear(128, 1) def forward(self, x): x = F.relu(self.conv1(x)) x = F.relu(self.conv2(x)) x = F.max_pool2d(x, 2) x = self.dropout(x) x = torch.flatten(x, 1) x = F.relu(self.fc1(x)) x = self.dropout(x) x = self.fc2(x) return x ``` 接下来,我们定义训练和测试函数。 ```python def train(model, domain_classifier, source_loader, target_loader, optimizer, criterion, device): model.train() domain_classifier.train() running_loss = 0.0 running_corrects = 0 for i, ((source_data, source_labels), (target_data, _)) in enumerate(zip(source_loader, target_loader)): batch_size = source_data.size(0) source_data, source_labels, target_data = source_data.to(device), source_labels.to(device), target_data.to(device) # 训练分类器 optimizer.zero_grad() source_preds = model(source_data) source_loss = criterion(source_preds, source_labels) source_loss.backward() optimizer.step() # 训练域分类器 optimizer.zero_grad() source_preds = model(source_data) source_domain_preds = domain_classifier(source_preds) target_preds = model(target_data) target_domain_preds = domain_classifier(target_preds) domain_loss = criterion(source_domain_preds, torch.ones(batch_size, 1).to(device)) + \ criterion(target_domain_preds, torch.zeros(batch_size, 1).to(device)) domain_loss.backward() optimizer.step() running_loss += source_loss.item() * batch_size running_corrects += torch.sum(torch.argmax(source_preds, dim=1) == source_labels) epoch_loss = running_loss / len(source_loader.dataset) epoch_acc = running_corrects.float() / len(source_loader.dataset) return epoch_loss, epoch_acc def test(model, loader, criterion, device): model.eval() running_loss = 0.0 running_corrects = 0 with torch.no_grad(): for data, labels in loader: data, labels = data.to(device), labels.to(device) outputs = model(data) loss = criterion(outputs, labels) running_loss += loss.item() * data.size(0) running_corrects += torch.sum(torch.argmax(outputs, dim=1) == labels) epoch_loss = running_loss / len(loader.dataset) epoch_acc = running_corrects.float() / len(loader.dataset) return epoch_loss, epoch_acc ``` 最后,我们进行模型训练和测试。 ```python # 设置超参数 lr = 0.001 num_epochs = 20 batch_size = 128 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') # 加载数据集 source_loader = torch.utils.data.DataLoader(mnist_train, batch_size=batch_size, shuffle=True) target_loader = torch.utils.data.DataLoader(mnist_m_train, batch_size=batch_size, shuffle=True) test_loader = torch.utils.data.DataLoader(mnist_m_test, batch_size=batch_size, shuffle=False) # 定义模型、优化器和损失函数 model = Classifier().to(device) domain_classifier = DomainClassifier().to(device) optimizer = torch.optim.Adam(list(model.parameters()) + list(domain_classifier.parameters()), lr=lr) criterion = nn.CrossEntropyLoss() # 训练和测试 for epoch in range(num_epochs): train_loss, train_acc = train(model, domain_classifier, source_loader, target_loader, optimizer, criterion, device) test_loss, test_acc = test(model, test_loader, criterion, device) print(f'Epoch {epoch + 1}/{num_epochs}, ' f'Train Loss: {train_loss:.4f}, Train Acc: {train_acc:.4f}, ' f'Test Loss: {test_loss:.4f}, Test Acc: {test_acc:.4f}') ``` 在训练完成后,我们可以使用训练好的模型来进行预测。 ```python def predict(model, loader, device): model.eval() predictions = [] with torch.no_grad(): for data in loader: data = data.to(device) outputs = model(data) preds = torch.argmax(outputs, dim=1) predictions += preds.cpu().tolist() return predictions # 在MNIST_M测试集上进行预测 test_predictions = predict(model, test_loader, device) ``` 这里的代码示例只是一个简单的实现,可能不够完善,但可以作为基础参考。

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