生成对抗网络(GAN)

生成对抗网络可分为三个部分--生成、判别以及对抗

举一个例子,我们把生成器比作新手画家,判别器比作新手鉴赏家,当新手画家有灵感时,他会根据自己的灵感画出来一副画,我们给出新手画家的作品和大师的名作,让新手鉴赏家来鉴赏哪一幅是大师的名作,但我们通过贴标签等方式,告诉新手鉴赏家,哪一幅是大师的作品,新手鉴赏家鉴赏完后告诉新手画家,应该怎么改进可以画的更像大师的作品,就这样反复进行,直到新手变成老手,老画家就可以出师啦

具体来是,当给生成器一些随机数据时,它会根据随机数据按照我们的需求随机生成一些图片或文字等,然后我们预先给定了一个标准,也就是训练样本集,让判别器学习辨别生成的样本是否属于训练样本集,或者说判别哪些为真实样本,哪些为生成样本,判别器在辨别真假后,将信息反馈给生成器,使生成器能够生成更加趋近于真实样本的数据。最后反复训练网络,直至实现判别器无法判别真假样本,且生成器的生成逼近于真实样本时,停止训练

生成对抗网络(Generative Adversarial Networks, GANs)是由Ian Goodfellow等人在2014年提出的深度学习模型架构[^4]。GAN由两个主要组成部分组成:生成器(Generator)和判别器(Discriminator)。它们通过一种零和博弈的方式相互作用。 **生成器**:尝试学习从随机噪声(通常是高斯分布)中生成与训练数据相似的新样本。它的目标是尽可能地欺骗判别器,使其误认为生成的数据是真实的。 **判别器**:负责区分真实数据和生成的数据。它试图准确地判断输入是来自训练数据还是生成器。 GAN的工作流程如下: 1. **训练过程**:生成器接收随机噪声作为输入并生成假样本,判别器则对这些样本进行分类,判断是真样本还是假样本。生成器根据判别器的反馈更新参数以提高生成能力,判别器也相应地调整其参数以提高识别能力。 2. **对抗迭代**:这两个模型交替优化,直到达到平衡状态,即生成器可以生成足够逼真的样本,使得判别器无法准确区分开来。 **示例代码**(简化版): ```python import torch.nn as nn # 假设我们有简单的生成器和判别器结构 class Generator(nn.Module): def __init__(self): super(Generator, self).__init__() # ... def forward(self, noise): # 生成器的前向传播 pass class Discriminator(nn.Module): def __init__(self): super(Discriminator, self).__init__() # ... def forward(self, input): # 判别器的前向传播 pass # 初始化并训练GAN generator = Generator() discriminator = Discriminator() for _ in range(num_epochs): fake_data = generator(noise) real_labels = torch.ones(batch_size) fake_labels = torch.zeros(batch_size) discriminator.zero_grad() d_loss_real = discriminator(real_data).mean() d_loss_fake = discriminator(fake_data.detach()).mean() d_loss = (d_loss_real + d_loss_fake).backward() discriminator_optimizer.step() generator.zero_grad() g_loss = discriminator(generator(noise)).mean().backward() generator_optimizer.step() ```
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