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pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

Python  /  管理员 发布于 5年前   446

一,mnist数据集

形如上图的数字手写体就是mnist数据集。

二,GAN原理(生成对抗网络)

GAN网络一共由两部分组成:一个是伪造器(Generator,简称G),一个是判别器(Discrimniator,简称D)

一开始,G由服从某几个分布(如高斯分布)的噪音组成,生成的图片不断送给D判断是否正确,直到G生成的图片连D都判断以为是真的。D每一轮除了看过G生成的假图片以外,还要见数据集中的真图片,以前者和后者得到的损失函数值为依据更新D网络中的权值。因此G和D都在不停地更新权值。以下图为例:

在v1时的G只不过是 一堆噪声,见过数据集(real images)的D肯定能判断出G所生成的是假的。当然G也能知道D判断它是假的这个结果,因此G就会更新权值,到v2的时候,G就能生成更逼真的图片来让D判断,当然在v2时D也是会先看一次真图片,再去判断G所生成的图片。以此类推,不断循环就是GAN的思想。

三,训练代码

import argparseimport osimport numpy as npimport math import torchvision.transforms as transformsfrom torchvision.utils import save_image from torch.utils.data import DataLoaderfrom torchvision import datasetsfrom torch.autograd import Variable import torch.nn as nnimport torch.nn.functional as Fimport torch os.makedirs("images", exist_ok=True) parser = argparse.ArgumentParser()parser.add_argument("--n_epochs", type=int, default=200, help="number of epochs of training")parser.add_argument("--batch_size", type=int, default=64, help="size of the batches")parser.add_argument("--lr", type=float, default=0.0002, help="adam: learning rate")parser.add_argument("--b1", type=float, default=0.5, help="adam: decay of first order momentum of gradient")parser.add_argument("--b2", type=float, default=0.999, help="adam: decay of first order momentum of gradient")parser.add_argument("--n_cpu", type=int, default=8, help="number of cpu threads to use during batch generation")parser.add_argument("--latent_dim", type=int, default=100, help="dimensionality of the latent space")parser.add_argument("--img_size", type=int, default=28, help="size of each image dimension")parser.add_argument("--channels", type=int, default=1, help="number of image channels")parser.add_argument("--sample_interval", type=int, default=400, help="interval betwen image samples")opt = parser.parse_args()print(opt) img_shape = (opt.channels, opt.img_size, opt.img_size) # 确定图片输入的格式为(1,28,28),由于mnist数据集是灰度图所以通道为1cuda = True if torch.cuda.is_available() else False  class Generator(nn.Module): def __init__(self):  super(Generator, self).__init__()   def block(in_feat, out_feat, normalize=True):   layers = [nn.Linear(in_feat, out_feat)]   if normalize:    layers.append(nn.BatchNorm1d(out_feat, 0.8))   layers.append(nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True))   return layers   self.model = nn.Sequential(   *block(opt.latent_dim, 128, normalize=False),   *block(128, 256),   *block(256, 512),   *block(512, 1024),   nn.Linear(1024, int(np.prod(img_shape))),   nn.Tanh()  )  def forward(self, z):  img = self.model(z)  img = img.view(img.size(0), *img_shape)  return img  class Discriminator(nn.Module): def __init__(self):  super(Discriminator, self).__init__()   self.model = nn.Sequential(   nn.Linear(int(np.prod(img_shape)), 512),   nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True),   nn.Linear(512, 256),   nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True),   nn.Linear(256, 1),   nn.Sigmoid(),  )  def forward(self, img):  img_flat = img.view(img.size(0), -1)  validity = self.model(img_flat)  return validity  # Loss functionadversarial_loss = torch.nn.BCELoss() # Initialize generator and discriminatorgenerator = Generator()discriminator = Discriminator() if cuda: generator.cuda() discriminator.cuda() adversarial_loss.cuda() # Configure data loaderos.makedirs("../../data/mnist", exist_ok=True)dataloader = torch.utils.data.DataLoader( datasets.MNIST(  "../../data/mnist",  train=True,  download=True,  transform=transforms.Compose(   [transforms.Resize(opt.img_size), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize([0.5], [0.5])]  ), ), batch_size=opt.batch_size, shuffle=True,) # Optimizersoptimizer_G = torch.optim.Adam(generator.parameters(), lr=opt.lr, betas=(opt.b1, opt.b2))optimizer_D = torch.optim.Adam(discriminator.parameters(), lr=opt.lr, betas=(opt.b1, opt.b2)) Tensor = torch.cuda.FloatTensor if cuda else torch.FloatTensor # ----------# Training# ----------if __name__ == '__main__': for epoch in range(opt.n_epochs):  for i, (imgs, _) in enumerate(dataloader):   # print(imgs.shape)   # Adversarial ground truths   valid = Variable(Tensor(imgs.size(0), 1).fill_(1.0), requires_grad=False) # 全1   fake = Variable(Tensor(imgs.size(0), 1).fill_(0.0), requires_grad=False) # 全0   # Configure input   real_imgs = Variable(imgs.type(Tensor))    # -----------------   # Train Generator   # -----------------    optimizer_G.zero_grad() # 清空G网络 上一个batch的梯度    # Sample noise as generator input   z = Variable(Tensor(np.random.normal(0, 1, (imgs.shape[0], opt.latent_dim)))) # 生成的噪音,均值为0方差为1维度为(64,100)的噪音   # Generate a batch of images   gen_imgs = generator(z)   # Loss measures generator's ability to fool the discriminator   g_loss = adversarial_loss(discriminator(gen_imgs), valid)    g_loss.backward() # g_loss用于更新G网络的权值,g_loss于D网络的判断结果 有关   optimizer_G.step()    # ---------------------   # Train Discriminator   # ---------------------    optimizer_D.zero_grad() # 清空D网络 上一个batch的梯度   # Measure discriminator's ability to classify real from generated samples   real_loss = adversarial_loss(discriminator(real_imgs), valid)   fake_loss = adversarial_loss(discriminator(gen_imgs.detach()), fake)   d_loss = (real_loss + fake_loss) / 2    d_loss.backward() # d_loss用于更新D网络的权值   optimizer_D.step()    print(    "[Epoch %d/%d] [Batch %d/%d] [D loss: %f] [G loss: %f]"    % (epoch, opt.n_epochs, i, len(dataloader), d_loss.item(), g_loss.item())   )    batches_done = epoch * len(dataloader) + i   if batches_done % opt.sample_interval == 0:    save_image(gen_imgs.data[:25], "images/%d.png" % batches_done, nrow=5, normalize=True) # 保存一个batchsize中的25张   if (epoch+1) %2 ==0:    print('save..')    torch.save(generator,'g%d.pth' % epoch)    torch.save(discriminator,'d%d.pth' % epoch)

运行结果:

一开始时,G生成的全是杂音:

然后逐渐呈现数字的雏形:

最后一次生成的结果:

四,测试代码:

导入最后保存生成器的模型:

from gan import Generator,Discriminatorimport torchimport matplotlib.pyplot as pltfrom torch.autograd import Variableimport numpy as npfrom torchvision.utils import save_image device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')Tensor = torch.cuda.FloatTensorg = torch.load('g199.pth') #导入生成器Generator模型#d = torch.load('d.pth')g = g.to(device)#d = d.to(device) z = Variable(Tensor(np.random.normal(0, 1, (64, 100)))) #输入的噪音gen_imgs =g(z) #生产图片save_image(gen_imgs.data[:25], "images.png" , nrow=5, normalize=True)

生成结果:

以上这篇pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。


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