下面是一个使用TensorFlow和Keras库实现变分自编码器(VAE)的示例代码,该代码可以生成与输入相同的图片:
import numpy as np
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras import layers
# 构建变分自编码器(VAE)模型
latent_dim = 2 # 潜在变量的维度
# 编码器
encoder_inputs = keras.Input(shape=(28, 28, 1))
x = layers.Conv2D(32, 3, activation="relu", strides=2, padding="same")(encoder_inputs)
x = layers.Conv2D(64, 3, activation="relu", strides=2, padding="same")(x)
x = layers.Flatten()(x)
x = layers.Dense(16, activation="relu")(x)
z_mean = layers.Dense(latent_dim, name="z_mean")(x)
z_log_var = layers.Dense(latent_dim, name="z_log_var")(x)
# 重参数化技巧
def sampling(args):
z_mean, z_log_var = args
epsilon = tf.keras.backend.random_normal(shape=(tf.keras.backend.shape(z_mean)[0], latent_dim), mean=0.0, stddev=1.0)
return z_mean + tf.keras.backend.exp(0.5 * z_log_var) * epsilon
z = layers.Lambda(sampling, output_shape=(latent_dim,))([z_mean, z_log_var])
# 解码器
decoder_inputs = layers.Input(shape=(latent_dim,))
x = layers.Dense(7 * 7 * 64, activation="relu")(decoder_inputs)
x = layers.Reshape((7, 7, 64))(x)
x = layers.Conv2DTranspose(32, 3, activation="relu", strides=2, padding="same")(x)
x = layers.Conv2DTranspose(1, 3, activation="sigmoid", strides=2, padding="same")(x)
decoder_outputs = layers.Conv2D(1, 3, activation="sigmoid", padding="same")(x)
# 构建整个VAE模型
vae = keras.Model(encoder_inputs, decoder_outputs)
# 定义VAE的损失函数
reconstruction_loss = keras.losses.binary_crossentropy(encoder_inputs, decoder_outputs)
reconstruction_loss *= 28 * 28
kl_loss = 1 + z_log_var - tf.keras.backend.square(z_mean) - tf.keras.backend.exp(z_log_var)
kl_loss = tf.keras.backend.sum(kl_loss, axis=-1)
kl_loss *= -0.5
vae_loss = tf.keras.backend.mean(reconstruction_loss + kl_loss)
vae.add_loss(vae_loss)
# 编译和训练VAE模型
vae.compile(optimizer="adam")
vae.fit(x_train, x_train, epochs=10, batch_size=128)
# 使用训练好的VAE模型生成图片
encoded_imgs = encoder.predict(x_test)
decoded_imgs = decoder.predict(encoded_imgs)
在上述代码中,我们首先使用Keras构建了一个简单的变分自编码器模型,包括编码器和解码器部分。然后我们定义了重参数化函数,它通过将隐变量(z_mean和z_log_var)与一个随机的高斯噪声相乘并加上平均值来生成潜在变量z。接下来,我们将编码器和解码器连接起来构建整个VAE模型,并定义了VAE的损失函数,其中包括重建损失和KL散度损失。最后,我们使用训练好的VAE模型对测试数据进行编码和解码,生成与输入相同的图片。