生成对抗网络python实现手写体数字识别

时间: 2023-09-24 16:05:48 浏览: 167
生成对抗网络(GAN)是一种强大的深度学习技术,可以用于许多应用,包括手写体数字识别。在这里,我将向你展示如何使用Python实现手写体数字识别GAN。 首先,需要安装必要的库,包括TensorFlow和Keras。可以使用以下命令安装它们: ``` pip install tensorflow pip install keras ``` 接下来,我们需要准备MNIST数据集。可以使用以下代码加载数据集: ```python from keras.datasets import mnist (x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data() ``` 现在,我们将创建两个神经网络 - 一个生成器和一个判别器。生成器将随机噪声作为输入并生成手写数字图像,而判别器将接受手写数字图像并输出它们的真假。 ```python from keras.models import Sequential from keras.layers import Dense, Flatten, Reshape, Dropout from keras.layers.convolutional import Conv2DTranspose, Conv2D from keras.layers.normalization import BatchNormalization from keras.layers.advanced_activations import LeakyReLU def create_generator(): generator = Sequential() generator.add(Dense(128 * 7 * 7, input_dim=100, activation=LeakyReLU(0.2))) generator.add(Reshape((7, 7, 128))) generator.add(Conv2DTranspose(64, (3,3), strides=(2,2), padding='same', activation=LeakyReLU(0.2))) generator.add(BatchNormalization()) generator.add(Conv2DTranspose(1, (3,3), strides=(2,2), padding='same', activation='tanh')) return generator def create_discriminator(): discriminator = Sequential() discriminator.add(Conv2D(64, (3,3), padding='same', input_shape=(28,28,1))) discriminator.add(LeakyReLU(0.2)) discriminator.add(Dropout(0.25)) discriminator.add(Conv2D(128, (3,3), strides=(2,2), padding='same')) discriminator.add(LeakyReLU(0.2)) discriminator.add(Dropout(0.25)) discriminator.add(Flatten()) discriminator.add(Dense(1, activation='sigmoid')) return discriminator generator = create_generator() discriminator = create_discriminator() ``` 现在,我们将定义GAN模型。我们将训练生成器和判别器,以便它们可以通过相互竞争的方式共同学习并提高性能。 ```python from keras.optimizers import Adam def create_gan(generator, discriminator): discriminator.trainable = False gan = Sequential() gan.add(generator) gan.add(discriminator) gan.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer=Adam(lr=0.0002, beta_1=0.5)) return gan gan = create_gan(generator, discriminator) ``` 现在我们将定义训练循环: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def train(generator, discriminator, gan, x_train, epochs=50, batch_size=128): # Rescale -1 to 1 x_train = x_train / 127.5 - 1. x_train = np.expand_dims(x_train, axis=3) real = np.ones((batch_size, 1)) fake = np.zeros((batch_size, 1)) for epoch in range(epochs): # Train discriminator idx = np.random.randint(0, x_train.shape[0], batch_size) real_imgs = x_train[idx] noise = np.random.normal(0, 1, (batch_size, 100)) fake_imgs = generator.predict(noise) d_loss_real = discriminator.train_on_batch(real_imgs, real) d_loss_fake = discriminator.train_on_batch(fake_imgs, fake) d_loss = 0.5 * np.add(d_loss_real, d_loss_fake) # Train generator noise = np.random.normal(0, 1, (batch_size, 100)) g_loss = gan.train_on_batch(noise, real) # Plot the progress print("Epoch {}, Discriminator Loss: {}, Generator Loss: {}".format(epoch, d_loss, g_loss)) # Generate some digits to check the progress if epoch % 10 == 0: noise = np.random.normal(0, 1, (25, 100)) gen_imgs = generator.predict(noise) gen_imgs = 0.5 * gen_imgs + 0.5 fig, axs = plt.subplots(5, 5) cnt = 0 for i in range(5): for j in range(5): axs[i,j].imshow(gen_imgs[cnt,:,:,0], cmap='gray') axs[i,j].axis('off') cnt += 1 plt.show() train(generator, discriminator, gan, x_train, epochs=1000, batch_size=128) ``` 在训练之后,我们可以使用生成器来生成一些手写数字图像: ```python noise = np.random.normal(0, 1, (25, 100)) gen_imgs = generator.predict(noise) gen_imgs = 0.5 * gen_imgs + 0.5 fig, axs = plt.subplots(5, 5) cnt = 0 for i in range(5): for j in range(5): axs[i,j].imshow(gen_imgs[cnt,:,:,0], cmap='gray') axs[i,j].axis('off') cnt += 1 plt.show() ``` 这就是用Python实现手写体数字识别GAN的方法。
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