CGAN代码并解释代码

时间: 2024-04-14 18:07:46 浏览: 132
CGAN是一种条件生成对抗网络,它可以根据给定的条件生成具有所需特征的图像。以下是一个简单的CGAN代码示例,其中使用MNIST数据集生成手写数字图像: 首先,我们需要导入所需的库和数据集: ``` import tensorflow as tf from tensorflow.keras import layers import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 加载MNIST数据集 (train_images, train_labels), (_, _) = tf.keras.datasets.mnist.load_data() train_images = train_images.reshape(train_images.shape[0], 28, 28, 1).astype('float32') train_images = (train_images - 127.5) / 127.5 # 归一化为[-1, 1]的范围 ``` 接下来,我们定义生成器和判别器模型: ``` # 生成器模型 def make_generator_model(): model = tf.keras.Sequential() model.add(layers.Dense(7*7*256, use_bias=False, input_shape=(100,))) model.add(layers.BatchNormalization()) model.add(layers.LeakyReLU()) model.add(layers.Reshape((7, 7, 256))) assert model.output_shape == (None, 7, 7, 256) # 注意:batch size没有限制 model.add(layers.Conv2DTranspose(128, (5, 5), strides=(1, 1), padding='same', use_bias=False)) assert model.output_shape == (None, 7, 7, 128) model.add(layers.BatchNormalization()) model.add(layers.LeakyReLU()) model.add(layers.Conv2DTranspose(64, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False)) assert model.output_shape == (None, 14, 14, 64) model.add(layers.BatchNormalization()) model.add(layers.LeakyReLU()) model.add(layers.Conv2DTranspose(1, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False, activation='tanh')) assert model.output_shape == (None, 28, 28, 1) return model # 判别器模型 def make_discriminator_model(): model = tf.keras.Sequential() model.add(layers.Conv2D(64, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', input_shape=[28, 28, 1])) model.add(layers.LeakyReLU()) model.add(layers.Dropout(0.3)) model.add(layers.Conv2D(128, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same')) model.add(layers.LeakyReLU()) model.add(layers.Dropout(0.3)) model.add(layers.Flatten()) model.add(layers.Dense(1)) return model ``` 然后,我们定义损失函数和优化器: ``` # 定义损失函数和优化器 cross_entropy = tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True) def discriminator_loss(real_output, fake_output): real_loss = cross_entropy(tf.ones_like(real_output), real_output) fake_loss = cross_entropy(tf.zeros_like(fake_output), fake_output) total_loss = real_loss + fake_loss return total_loss def generator_loss(fake_output): return cross_entropy(tf.ones_like(fake_output), fake_output) generator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(1e-4) discriminator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(1e-4) ``` 接下来,我们定义训练循环: ``` # 定义训练循环 @tf.function def train_step(images, labels): noise = tf.random.normal([BATCH_SIZE, 100]) with tf.GradientTape() as gen_tape, tf.GradientTape() as disc_tape: generated_images = generator([noise, labels], training=True) real_output = discriminator([images, labels], training=True) fake_output = discriminator([generated_images, labels], training=True) gen_loss = generator_loss(fake_output) disc_loss = discriminator_loss(real_output, fake_output) gradients_of_generator = gen_tape.gradient(gen_loss, generator.trainable_variables) gradients_of_discriminator = disc_tape.gradient(disc_loss, discriminator.trainable_variables) generator_optimizer.apply_gradients(zip(gradients_of_generator, generator.trainable_variables)) discriminator_optimizer.apply_gradients(zip(gradients_of_discriminator, discriminator.trainable_variables)) ``` 最后,我们开始训练模型,生成手写数字图像: ``` # 开始训练模型 EPOCHS = 50 BATCH_SIZE = 256 num_examples_to_generate = 16 # 我们将重复使用该种子(因此在动画 GIF 中更容易可视化进度) seed = tf.random.normal([num_examples_to_generate, 100]) # 将标签与种子一起生成图像 def generate_and_save_images(model, epoch, test_input, labels): # 注意 training` 设定为 False # 因此,所有层都在推理模式下运行(batchnorm)。 predictions = model([test_input, labels], training=False) fig = plt.figure(figsize=(4, 4)) for i in range(predictions.shape[0]): plt.subplot(4, 4, i+1) plt.imshow((predictions[i, :, :, 0] + 1) / 2, cmap='gray') plt.axis('off') plt.savefig('image_at_epoch_{:04d}.png'.format(epoch)) plt.show() generator = make_generator_model() discriminator = make_discriminator_model() for epoch in range(EPOCHS): for i in range(train_images.shape[0] // BATCH_SIZE): images = train_images[i*BATCH_SIZE:(i+1)*BATCH_SIZE] labels = train_labels[i*BATCH_SIZE:(i+1)*BATCH_SIZE] train_step(images, labels) if epoch % 5 == 0: generate_and_save_images(generator, epoch, seed, np.array([0,1,2,3,4,5,6,7,8,9])) ``` 这段代码中,我们使用了条件变量labels,它可以让我们控制生成的图像具有所需的特征,例如生成特定数字的图像。在训练循环中,我们使用了两个损失函数:判别器损失和生成器损失。在每个epoch结束时,我们生成一些手写数字图像并保存它们。
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