ACGAN-半监督式GAN

        CGAN通过在生成器和判别器中均使用标签信息进行训练,不仅能产生特定标签的数据,还能够提高生成数据的质量;SGAN(Semi-Supervised GAN)通过使判别器/分类器重建标签信息来提高生成数据的质量。既然这两种思路都可以提高生成数据的质量,于是ACGAN综合了以上两种思路,既使用标签信息进行训练,同时也重建标签信息,结合CGAN和SGAN的优点,从而进一步提升生成样本的质量,并且还能根据指定的标签相应的样本。

1. ACGAN的网络结构为:

ACGAN的网络结构框图

        生成器输入包含C_vector和Noise_data两个部分,其中C_vector为训练数据标签信息的One-hot编码张量,其形状为:(batch_size, num_class) ;Noise_data的形状为:(batch_size, latent_dim)。然后将两者进行拼接,拼接完成后,得到的输入张量为:(batch_size, num_class + latent_dim)。生成器的的输出张量为:(batch_size, channel, Height, Width)。

        判别器输入为:(batch_size, channel, Height, Width); 判别的器的输出为两部分,一部分是源数据真假的判断,形状为:(batch_size, 1),一部分是输入数据的分类结果,形状为:(batch_size, class_num)。因此判别器的最后一层有两个并列的全连接层,分别得到这两部分的输出结果,即判别器的输出有两个张量(真假判断张量和分类结果张量)。

2. ACGAN的损失函数:

        对于判别器而言,既希望分类正确,又希望能正确分辨数据的真假;对于生成器而言,也希望能够分类正确,当时希望判别器不能正确分辨假数据。

判别器的损失函数:  L_{D}=L_{S}+  L_{C}

真假判断损失:  L_{S} =E[logP(S=real|x_{real} )] + E[logP(S=fake|x_{fake} )]

分类损失: L_{C} =E[logP(C=c|x_{real} )] + E[logP(C=c|x_{fake} )]

D_real, C_real = Discriminator( real_imgs)         # real_img 为输入的真实训练图片

D_real_loss = torch.nn.BCELoss(D_real, Y_real)          #  Y_real为真实数据的标签,真数据都为-1,假数据都为+1

C_real_loss = torch.nn.CrossEntropyLoss(C_real, Y_vec)        # Y_vec为训练数据One-hot编码的标签张量

gen_imgs = Generator(noise, Y_vec)

D_fake, C_fake = Discriminator(gen_imgs)

D_fake_loss = torch.nn.BCELoss(D_fake, Y_fake)

C_fake_loss = torch.nn.CrossEntropyLoss(C_fake, Y_vec)

D_loss = D_real_loss + C_real_loss + D_fake_loss + C_fake_loss

生成器的损失函数:  L_{D}=L_{C}- L_{S}

真假判断损失:L_{S} = E[logP(S=fake|x_{fake} )]

分类损失:L_{C} =E[logP(C=c|x_{fake} )]

gen_imgs = Generator(noise, Y_vec)

D_fake, C_fake = Discriminator(gen_imgs)

D_fake_loss = torch.nn.BCELoss(D_fake, Y_real)

C_fake_loss = torch.nn.CrossEntropyLoss(C_fake, Y_vec)

G_loss = D_fake_loss + C_fake_loss

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