gan实战(DCGAN、)

一、DCGAN

1.1 参数

(1)输入:会被放缩到6464
(2)输出:64
64
(3)数据集:

1.2 实现

import glob
import torch
from PIL import Image
from torch import nn
from torch.utils import data
from torchvision import transforms
import torch.nn.functional as F
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
import os

log_dir = "./model/dcgan.pth"
images_path = glob.glob('./data/xinggan_face/*.jpg')

BATCH_SIZE = 32
dataset = FaceDataset(images_path)
data_loader = data.DataLoader(dataset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True)
image_batch = next(iter(data_loader))

transform = transforms.Compose([
    transforms.Resize(64),
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize(mean=(0.5, 0.5, 0.5), std=(0.5, 0.5, 0.5))
])


class FaceDataset(data.Dataset):
    def __init__(self, images_path):
        self.images_path = images_path

    def __getitem__(self, index):
        image_path = self.images_path[index]
        pil_img = Image.open(image_path)
        pil_img = transform(pil_img)
        return pil_img

    def __len__(self):
        return len(self.images_path)


# 定义生成器
class Generator(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Generator, self).__init__()
        self.linear1 = nn.Linear(100, 256*16*16)
        self.bn1 = nn.BatchNorm1d(256*16*16)
        self.deconv1 = nn.ConvTranspose2d(256, 128, kernel_size=3, padding=1)  # 输出:128*16*16
        self.bn2 = nn.BatchNorm2d(128)
        self.deconv2 = nn.ConvTranspose2d(128, 64, kernel_size=4, stride=2, padding=1)  # 输出:64*32*32
        self.bn3 = nn.BatchNorm2d(64)
        self.deconv3 = nn.ConvTranspose2d(64, 3, kernel_size=4, stride=2, padding=1)  # 输出:3*64*64

    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.linear1(x))
        x = self.bn1(x)
        x = x.view(-1, 256, 16, 16)
        x = F.relu(self.deconv1(x))
        x = self.bn2(x)
        x = F.relu(self.deconv2(x))
        x = self.bn3(x)
        x = F.tanh(self.deconv3(x))
        return x


# 定义判别器
class Discrimination(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Discrimination, self).__init__()

        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=64, kernel_size=3, stride=2)  # 64*31*31
        self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=128, kernel_size=3, stride=2)  # 128*15*15
        self.bn1 = nn.BatchNorm2d(128)
        self.fc = nn.Linear(128*15*15, 1)

    def forward(self, x):
        x = F.dropout(F.leaky_relu(self.conv1(x)), p=0.3)
        x = F.dropout(F.leaky_relu(self.conv2(x)), p=0.3)
        x = self.bn1(x)
        x = x.view(-1, 128*15*15)
        x = torch.sigmoid(self.fc(x))
        return x


# 定义可视化函数
def generate_and_save_images(model, epoch, test_noise_):
    predictions = model(test_noise_).permute(0, 2, 3, 1).cpu().numpy()
    fig = plt.figure(figsize=(20, 160))
    for i in range(predictions.shape[0]):
        plt.subplot(1, 8, i+1)
        plt.imshow((predictions[i]+1)/2)
        # plt.axis('off')
    plt.show()


# 训练函数
def train(gen, dis, loss_fn, gen_opti, dis_opti, start_epoch):
    print("开始训练")
    test_noise = torch.randn(8, 100, device=device)
    writer = SummaryWriter(r'D:\Project\PythonProject\Ttest\run')
    writer.add_graph(gen, test_noise)

    #############################
    D_loss = []
    G_loss = []

    # 开始训练
    for epoch in range(start_epoch, 500):
        D_epoch_loss = 0
        G_epoch_loss = 0
        batch_count = len(data_loader)   # 返回批次数
        for step, img, in enumerate(data_loader):
            img = img.to(device)
            size = img.shape[0]
            random_noise = torch.randn(size, 100, device=device)  # 生成随机输入

            # 固定生成器,训练判别器
            dis_opti.zero_grad()
            real_output = dis(img)
            d_real_loss = loss_fn(real_output, torch.ones_like(real_output, device=device))
            d_real_loss.backward()
            generated_img = gen(random_noise)
            # print(generated_img)
            fake_output = dis(generated_img.detach())
            d_fake_loss = loss_fn(fake_output, torch.zeros_like(fake_output, device=device))
            d_fake_loss.backward()

            dis_loss = d_real_loss + d_fake_loss
            dis_opti.step()

            # 固定判别器,训练生成器
            gen_opti.zero_grad()
            fake_output = dis(generated_img)
            gen_loss = loss_fn(fake_output, torch.ones_like(fake_output, device=device))
            gen_loss.backward()
            gen_opti.step()

            with torch.no_grad():
                D_epoch_loss += dis_loss.item()
                G_epoch_loss += gen_loss.item()

        writer.add_scalar("loss/dis_loss", D_epoch_loss / (epoch+1), epoch+1)
        writer.add_scalar("loss/gen_loss", G_epoch_loss / (epoch+1), epoch+1)


        with torch.no_grad():
            D_epoch_loss /= batch_count
            G_epoch_loss /= batch_count
            D_loss.append(D_epoch_loss)
            G_loss.append(G_epoch_loss)

            print("Epoch:{}, 判别器损失:{}, 生成器损失:{}.".format(epoch, dis_loss, gen_loss))
            generate_and_save_images(gen, epoch, test_noise)
        
        state = {
            "gen": gen.state_dict(),
            "dis": dis.state_dict(),
            "gen_opti": gen_opti.state_dict(),
            "dis_opti": dis_opti.state_dict(),
            "epoch": epoch
        }
        torch.save(state, log_dir)

    plt.plot(range(1, len(D_loss)+1), D_loss, label="D_loss")
    plt.plot(range(1, len(D_loss)+1), G_loss, label="G_loss")
    plt.xlabel('epoch')
    plt.legend()
    plt.show()
    

if __name__ == '__main__':
    device = "cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
    gen = Generator().to(device)
    dis = Discrimination().to(device)
    loss_fn = torch.nn.BCELoss()
    gen_opti = torch.optim.Adam(gen.parameters(), lr=0.0001)
    dis_opti = torch.optim.Adam(dis.parameters(), lr=0.00001)
    start_epoch = 0
    if os.path.exists(log_dir):
        checkpoint = torch.load(log_dir)
        gen.load_state_dict(checkpoint["gen"])
        dis.load_state_dict(checkpoint["dis"])
        gen_opti.load_state_dict(checkpoint["gen_opti"])
        dis_opti.load_state_dict(checkpoint["dis_opti"])
        start_epoch = checkpoint["epoch"]
        print("模型加载成功,epoch从{}开始训练".format(start_epoch))
    train(gen, dis, loss_fn, gen_opti, dis_opti, start_epoch)

1.3 实验效果

开始训练
Epoch:0, 判别器损失:1.6549043655395508, 生成器损失:0.7864767909049988.
在这里插入图片描述
Epoch:20, 判别器损失:1.3690211772918701, 生成器损失:0.6662370562553406.
在这里插入图片描述
Epoch:40, 判别器损失:1.413375735282898, 生成器损失:0.7497923970222473.
在这里插入图片描述
Epoch:60, 判别器损失:1.2889504432678223, 生成器损失:0.8668195009231567.
在这里插入图片描述
Epoch:80, 判别器损失:1.2824485301971436, 生成器损失:0.805076003074646.
在这里插入图片描述
Epoch:100, 判别器损失:1.3278448581695557, 生成器损失:0.7859240770339966.
在这里插入图片描述
Epoch:120, 判别器损失:1.39650297164917, 生成器损失:0.7616179585456848.
在这里插入图片描述
Epoch:140, 判别器损失:1.3387322425842285, 生成器损失:0.811163067817688.
在这里插入图片描述
Epoch:160, 判别器损失:1.1281094551086426, 生成器损失:0.7557946443557739.

在这里插入图片描述
Epoch:180, 判别器损失:1.369300365447998, 生成器损失:0.5207887887954712.

在这里插入图片描述

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