pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式


Posted in Python onJanuary 10, 2020

一,mnist数据集

pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

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:

pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

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 argparse
import os
import numpy as np
import math
 
import torchvision.transforms as transforms
from torchvision.utils import save_image
 
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets
from torch.autograd import Variable
 
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import 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1
cuda = 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 function
adversarial_loss = torch.nn.BCELoss()
 
# Initialize generator and discriminator
generator = Generator()
discriminator = Discriminator()
 
if cuda:
 generator.cuda()
 discriminator.cuda()
 adversarial_loss.cuda()
 
# Configure data loader
os.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,
)
 
# Optimizers
optimizer_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:

pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

然后逐渐呈现数字的雏形:

pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

最后一次生成的结果:

pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

四,测试代码:

导入最后保存生成器的模型:

from gan import Generator,Discriminator
import torch
import matplotlib.pyplot as plt
from torch.autograd import Variable
import numpy as np
from torchvision.utils import save_image
 
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
Tensor = torch.cuda.FloatTensor
g = 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:

pytorch GAN伪造手写体mnist数据集方式

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三水点靠木。

Python 相关文章推荐
Python开发如何在ubuntu 15.10 上配置vim
Jan 25 Python
Python使用pymysql小技巧
Jun 04 Python
Python内建函数之raw_input()与input()代码解析
Oct 26 Python
200 行python 代码实现 2048 游戏
Jan 12 Python
DES加密解密算法之python实现版(图文并茂)
Dec 06 Python
浅谈PYTHON 关于文件的操作
Mar 19 Python
使用Python-OpenCV向图片添加噪声的实现(高斯噪声、椒盐噪声)
May 28 Python
提升Python效率之使用循环机制代替递归函数
Jul 23 Python
Python装饰器用法与知识点小结
Mar 09 Python
Python 删除List元素的三种方法remove、pop、del
Nov 16 Python
Python实现老照片修复之上色小技巧
Oct 16 Python
关于python pygame游戏进行声音添加的技巧
Oct 24 Python
MNIST数据集转化为二维图片的实现示例
Jan 10 #Python
pytorch:实现简单的GAN示例(MNIST数据集)
Jan 10 #Python
pytorch GAN生成对抗网络实例
Jan 10 #Python
解决pytorch报错:AssertionError: Invalid device id的问题
Jan 10 #Python
python3中关于excel追加写入格式被覆盖问题(实例代码)
Jan 10 #Python
mac使用python识别图形验证码功能
Jan 10 #Python
python列表推导和生成器表达式知识点总结
Jan 10 #Python
You might like
社区(php&&mysql)五
2006/10/09 PHP
用PHP制作的意见反馈表源码
2007/03/11 PHP
PHP邮件发送类PHPMailer用法实例详解
2014/09/22 PHP
我整理的PHP 7.0主要新特性
2016/01/07 PHP
使用ltrace工具跟踪PHP库函数调用的方法
2016/04/25 PHP
Laravel5.5 实现后台管理登录的方法(自定义用户表登录)
2019/09/30 PHP
javaScript parseInt字符转化为数字函数使用小结
2009/11/05 Javascript
javascript 得到变量类型的函数
2010/05/19 Javascript
THREE.JS入门教程(6)创建自己的全景图实现步骤
2013/01/25 Javascript
jquery获取元素值的方法(常见的表单元素)
2013/11/15 Javascript
详解jQuery插件开发中的extend方法
2013/11/19 Javascript
JS正则表达式验证数字代码
2014/01/28 Javascript
10分钟学会写Jquery插件实例教程
2014/09/06 Javascript
JavaScript语言对Unicode字符集的支持详解
2014/12/30 Javascript
javascript中sort() 方法使用详解
2015/08/30 Javascript
走进javascript——不起眼的基础,值和分号
2017/02/24 Javascript
jQuery简介_动力节点Java学院整理
2017/07/04 jQuery
React Native悬浮按钮组件的示例代码
2018/04/05 Javascript
jQuery实现下拉菜单动态添加数据点击滑出收起其他功能
2018/06/14 jQuery
浅谈webpack devtool里的7种SourceMap模式
2019/01/14 Javascript
最全vue的vue-amap使用高德地图插件画多边形范围的示例代码
2020/07/17 Javascript
vue 实现element-ui中的加载中状态
2020/11/11 Javascript
Python3简单实例计算同花的概率代码
2017/12/06 Python
Python实现KNN邻近算法
2021/01/28 Python
python 常用的基础函数
2018/07/10 Python
Python进度条的制作代码实例
2019/08/31 Python
pyecharts绘制中国2020肺炎疫情地图的实例代码
2020/02/12 Python
python 实现表情识别
2020/11/21 Python
一句话工作感言
2014/03/01 职场文书
授权委托书范文
2014/07/31 职场文书
地理科学专业自荐信
2014/09/01 职场文书
中职毕业生自我鉴定
2014/09/13 职场文书
公务员上班玩游戏检讨书
2014/09/17 职场文书
2014年学校安全工作总结
2014/11/13 职场文书
Python机器学习应用之基于线性判别模型的分类篇详解
2022/01/18 Python
Windows7下FTP搭建图文教程
2022/08/05 Servers