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导入库
数据准备
定义生成器
定义判别器
初始化模型，优化器及损失计算函数
绘图函数
GAN的训练
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导入库

import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import torch.optim as optim #优化 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt #绘图 import torchvision #加载图片 from torchvision import transforms #图片变换

数据准备

#对数据做归一化（-1，1） transform=transforms.Compose([ #将shanpe为（H,W，C）的数组或img转为shape为（C,H,W）的tensor transforms.ToTensor(), #转为张量并归一化到【0，1】；数据只是范围变了，并没有改变分布 transforms.Normalize(0.5,0.5)#数据归一化处理，将数据整理到[-1,1]之间；可让数据呈正态分布 ])

transforms.Compose()：将多个预处理依次累加在一起，每次执行transform都会依次执行其中包含的多个预处理程序
transforms.ToTensor()：在做数据归一化之前必须要把PIL Image转成Tensor
transforms.Normalize([0.5], [0.5])：归一化，这里的两个0.5分别表示对张量进行归一化的全局平均值和方差，因为图像是灰色的只有一个通道，所以分别指定一了一个值，如果有多个通道，需要有多个数字，如3个通道，就应该是Normalize([m1, m2, m3], [n1, n2, n3])

#下载数据到指定的文件夹 train_ds = torchvision.datasets.MNIST('data', train=True, transform=transform, download=True)

root ：需要下载至地址的根目录位置
train：如果是True, 下载训练集 trainin.pt; 如果是False，下载测试集 test.pt；默认是True?
transform：一系列作用在PIL图片上的转换操作，返回一个转换后的版本
download：是否下载到 root指定的位置，如果指定的root位置已经存在该数据集，则不再下载

datalodar=torch.utils.data.DataLoader(train_ds,batch_size=64,shuffle=True)

PyTorch中数据读取的一个重要接口是 torch.utils.data.DataLoader。
该接口主要用来将自定义的数据读取接口的输出或者PyTorch已有的数据读取接口的输入按照batch_size封装成Tensor，后续只需要再包装成Variable即可作为模型的输入。
torch.utils.data.DataLoader(onject)的可用参数如下：
dataset(Dataset): 数据读取接口,该输出是torch.utils.data.Dataset类的对象(或者继承自该类的自定义类的对象)。
batch_size (int, optional): 批训练数据量的大小，根据具体情况设置即可。一般为2的N次方（默认:1）
shuffle (bool, optional)：是否打乱数据，一般在训练数据中会采用。（默认：False

定义生成器

输出是长度为100的噪声（正态分布随机数）
输出为（1，28，28）的图片
linear 1:100---256
linear 2: 256--512
linear 3:512--784(28*28)
reshape: 784---(1,28,28)

class Generator(nn.Module): def __init__(self): super(Generator,self).__init__() self.main=nn.Sequential( nn.Linear(100,256), nn.ReLU(), nn.Linear(256,512), nn.ReLU(), nn.Linear(512,784), nn.Tanh()#对于生成器，最后一个激活函数是tanh,值域：-1到1 ) #定义前向传播 def forward(self,x):#x表示长度为100的noise输入 img = self.main(x) img=img.view(-1,28,28)#转换成图片的形式 return img

定义判别器

输入为为（1，28，28）的图片，输出为二分类的概率值，输出使用sigmoid的激活0-1
BCEloss计算交叉熵损失
在判别器中一般推荐使用nn.LeakyReLU

class Discriminator(nn.Module): def __init__(self): super(Discriminator,self).__init__() self.main = nn.Sequential( nn.Linear(784,512), nn.LeakyReLU(), nn.Linear(512,256), nn.LeakyReLU(), nn.Linear(256,1), nn.Sigmoid() ) def forward(self,x): x =x.view(-1,784) #展平 x =self.main(x) return x

初始化模型，优化器及损失计算函数

#设备的配置 device='cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'

#初始化生成器和判别器把他们放到相应的设备上 gen = Generator().to(device) dis = Discriminator().to(device)

#训练器的优化器 d_optim = torch.optim.Adam(dis.parameters(),lr=0.0001) #训练生成器的优化器 g_optim = torch.optim.Adam(dis.parameters(),lr=0.0001)

#交叉熵损失函数 loss_fn = torch.nn.BCELoss()

绘图函数

def gen_img_plot(model,test_input): prediction = np.squeeze(model(test_input).detach().cpu().numpy()) fig = plt.figure(figsize=(4,4)) for i in range(16): plt.subplot(4,4,i+1) plt.imshow((prediction[i]+1)/2) plt.axis('off') plt.show()

test_input = torch.randn(16,100 ,device=device) #16个长度为100的随机数

GAN的训练

D_loss = [] G_loss = []

#训练循环 for epoch in range(20): #初始化损失值 d_epoch_loss = 0 g_epoch_loss = 0 count = len(dataloader) #返回批次数 #对数据集进行迭代 for step,(img,_) in enumerate(dataloader): img =img.to(device) #把数据放到设备上 size = img.size(0) #img的第一位是size,获取批次的大小 random_noise = torch.randn(size,100,device=device)#判别器训练(真实图片的损失和生成图片的损失),损失的构建和优化 d_optim.zero_grad()#梯度归零 #判别器对于真实图片产生的损失 real_output = dis(img) #判别器输入真实的图片，real_output对真实图片的预测结果 d_real_loss = loss_fn(real_output, torch.ones_like(real_output) ) d_real_loss.backward()#计算梯度#在生成器上去计算生成器的损失，优化目标是判别器上的参数 gen_img = gen(random_noise) #得到生成的图片 #因为优化目标是判别器，所以对生成器上的优化目标进行截断 fake_output = dis(gen_img.detach()) #判别器输入生成的图片，fake_output对生成图片的预测; detach会截断梯度，梯度就不会再传递到gen模型中了 #判别器在生成图像上产生的损失 d_fake_loss = loss_fn(fake_output, torch.zeros_like(fake_output) ) d_fake_loss.backward() #判别器损失 d_loss = d_real_loss + d_fake_loss #判别器优化 d_optim.step()#生成器上损失的构建和优化 g_optim.zero_grad() #先将生成器上的梯度置零 fake_output = dis(gen_img) g_loss = loss_fn(fake_output, torch.ones_like(fake_output) )#生成器损失 g_loss.backward() g_optim.step() #累计每一个批次的loss with torch.no_grad(): d_epoch_loss +=d_loss g_epoch_loss +=g_loss #求平均损失 with torch.no_grad(): d_epoch_loss /=count g_epoch_loss /=count D_loss.append(d_epoch_loss) G_loss.append(g_epoch_loss) print('Epoch:',epoch) gen_img_plot(gen,test_input)

运行结果一共有20张，因篇幅有限，这里先展示前六张和最后一张