代码实现卷积神经网络实现VAE模型中用残差网络缓解梯度消失问题

时间: 2023-05-28 19:08:14 浏览: 180
以下是一个使用残差网络缓解梯度消失问题的VAE模型的代码实现,该模型使用PyTorch实现: ```python import torch import torch.nn as nn class ResidualBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, stride=1): super(ResidualBlock, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.relu = nn.ReLU(inplace=True) self.conv2 = nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.downsample = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=1, stride=stride, bias=False), nn.BatchNorm2d(out_channels) ) def forward(self, x): identity = x out = self.conv1(x) out = self.bn1(out) out = self.relu(out) out = self.conv2(out) out = self.bn2(out) if self.downsample is not None: identity = self.downsample(x) out += identity out = self.relu(out) return out class VAE(nn.Module): def __init__(self, in_channels=3, latent_dim=256): super(VAE, self).__init__() self.latent_dim = latent_dim self.encoder = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels, 32, kernel_size=4, stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(32), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=4, stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(64), nn.ReLU(inplace=True), ResidualBlock(64, 128, stride=2), ResidualBlock(128, 256, stride=2), nn.Flatten(), nn.Linear(4 * 4 * 256, latent_dim * 2) ) self.decoder = nn.Sequential( nn.Linear(latent_dim, 4 * 4 * 256), nn.ReLU(inplace=True), nn.Unflatten(-1, (256, 4, 4)), ResidualBlock(256, 128), ResidualBlock(128, 64), nn.ConvTranspose2d(64, 32, kernel_size=4, stride=2, padding=1), nn.BatchNorm2d(32), nn.ReLU(inplace=True), nn.ConvTranspose2d(32, in_channels, kernel_size=4, stride=2, padding=1), nn.Sigmoid() ) def encode(self, x): h = self.encoder(x) mu = h[:, :self.latent_dim] logvar = h[:, self.latent_dim:] return mu, logvar def reparameterize(self, mu, logvar): std = torch.exp(0.5 * logvar) eps = torch.randn_like(std) z = mu + eps * std return z def decode(self, z): x = self.decoder(z) return x def forward(self, x): mu, logvar = self.encode(x) z = self.reparameterize(mu, logvar) x_hat = self.decode(z) return x_hat, mu, logvar ``` 在以上代码中,我们定义了一个ResidualBlock类,它是残差网络的基本块。VAE模型中的编码器和解码器都使用了残差网络,以缓解梯度消失问题。 在编码器中,我们使用了两个ResidualBlock,这两个块都采用了stride=2的卷积来减小特征图的尺寸。在解码器中,我们使用了三个ResidualBlock,这些块都采用了stride=1的卷积来保持特征图的尺寸不变。我们还使用了反卷积(ConvTranspose2d)来从潜在空间中生成图像。 在训练VAE模型时,我们可以使用以下代码: ```python vae = VAE() optimizer = torch.optim.Adam(vae.parameters(), lr=1e-3) def loss_function(x_hat, x, mu, logvar): BCE = nn.functional.binary_cross_entropy(x_hat, x, reduction='sum') KLD = -0.5 * torch.sum(1 + logvar - mu.pow(2) - logvar.exp()) return BCE + KLD def train(epoch): vae.train() train_loss = 0 for batch_idx, (data, _) in enumerate(train_loader): data = data.to(device) optimizer.zero_grad() x_hat, mu, logvar = vae(data) loss = loss_function(x_hat, data, mu, logvar) loss.backward() train_loss += loss.item() optimizer.step() if batch_idx % 100 == 0: print('Train Epoch: {} [{}/{} ({:.0f}%)]\tLoss: {:.6f}'.format( epoch, batch_idx * len(data), len(train_loader.dataset), 100. * batch_idx / len(train_loader), loss.item() / len(data))) print('====> Epoch: {} Average loss: {:.4f}'.format( epoch, train_loss / len(train_loader.dataset))) for epoch in range(1, 21): train(epoch) ``` 在以上代码中,我们首先定义了一个损失函数loss_function,该函数计算了重构误差和KL散度的和。然后我们定义了一个训练函数train,该函数用于训练VAE模型。在训练过程中,我们使用Adam优化器来更新模型参数。在每个epoch结束时,我们打印出平均损失。最后,我们训练模型20个epoch。
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