[PyTorch][chapter 53][Auto Encoder 实战]

前言：

     结合手写数字识别的例子，实现以下AutoEncoder

     ae.py:  实现autoEncoder 网络

     main.py: 加载手写数字数据集，以及训练，验证，测试网络。

左图：原图像

右图：重构图像

 ----main-----

 每轮训练时间 : 91
0 loss: 0.02758789248764515

 每轮训练时间 : 95
1 loss: 0.024654878303408623

 每轮训练时间 : 149
2 loss: 0.018874473869800568

目录：

     1： AE 实现

     2： main 实现

---

一  ae(AutoEncoder) 实现

  文件名: ae.py

               模型的搭建

   注意点：

            手写数字数据集 提供了 标签y，但是AutoEncoder 网络不需要，

它的标签就是输入的x, 需要重构本身

自编码器（autoencoder, AE）是一类在半监督学习和非监督学习中使用的人工神经网络（Artificial Neural Networks, ANNs），其功能是通过将输入信息作为学习目标，对输入信息进行表征学习（representation learning） [1-2]  。

自编码器包含编码器（encoder）和解码器（decoder）两部分 [2]  。按学习范式，自编码器可以被分为收缩自编码器（contractive autoencoder）、正则自编码器（regularized autoencoder）和变分自编码器（Variational AutoEncoder, VAE），其中前两者是判别模型、后者是生成模型 [2]  。按构筑类型，自编码器可以是前馈结构或递归结构的神经网络。

自编码器具有一般意义上表征学习算法的功能，被应用于降维（dimensionality reduction）和异常值检测（anomaly detection） [2]  。包含卷积层构筑的自编码器可被应用于计算机视觉问题，包括图像降噪（image denoising） [3]  、神经风格迁移（neural style transfer）等 [4]  。

   

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Wed Aug 30 14:19:19 2023@author: chengxf2
"""import torch
from torch import nn#ae: AutoEncoderclass AE(nn.Module):def __init__(self,hidden_size=10):super(AE, self).__init__()self.encoder = nn.Sequential(nn.Linear(in_features=784, out_features=256),nn.ReLU(),nn.Linear(in_features=256, out_features=128),nn.ReLU(),nn.Linear(in_features=128, out_features=64),nn.ReLU(),nn.Linear(in_features=64, out_features=hidden_size),nn.ReLU())# hidden [batch_size, 10]self.decoder = nn.Sequential(nn.Linear(in_features=hidden_size, out_features=64),nn.ReLU(),nn.Linear(in_features=64, out_features=128),nn.ReLU(),nn.Linear(in_features=128, out_features=256),nn.ReLU(),nn.Linear(in_features=256, out_features=784),nn.Sigmoid())def forward(self, x):'''param x:[batch, 1,28,28]return '''m= x.size(0)x = x.view(m, 784)hidden= self.encoder(x)x =   self.decoder(hidden)#reshapex = x.view(m,1,28,28)return x

---

二 main 实现

  文件名： main.py

  作用：

      加载数据集

     训练模型

     测试模型泛化能力

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Wed Aug 30 14:24:10 2023@author: chengxf2
"""import torch
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import transforms, datasets
import time
from torch import optim,nn
from ae import AE
import visdomdef main():batchNum = 32lr = 1e-3epochs = 20device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")torch.manual_seed(1234)viz = visdom.Visdom()viz.line([0],[-1],win='train_loss',opts =dict(title='train acc'))tf= transforms.Compose([ transforms.ToTensor()])mnist_train = datasets.MNIST('mnist',True,transform= tf,download=True)train_data = DataLoader(mnist_train, batch_size=batchNum, shuffle=True)mnist_test = datasets.MNIST('mnist',False,transform= tf,download=True)test_data = DataLoader(mnist_test, batch_size=batchNum, shuffle=True)global_step =0model =AE().to(device)criteon = nn.MSELoss().to(device) #损失函数optimizer = optim.Adam(model.parameters(),lr=lr) #梯度更新规则print("\n ----main-----")for epoch in range(epochs):start = time.perf_counter()for step ,(x,y) in enumerate(train_data):#[b,1,28,28]x = x.to(device)x_hat = model(x)loss = criteon(x_hat, x)#backpropoptimizer.zero_grad()loss.backward()optimizer.step()viz.line(Y=[loss.item()],X=[global_step],win='train_loss',update='append')global_step +=1end = time.perf_counter()    interval = end - startprint("\n 每轮训练时间 :",int(interval))print(epoch, 'loss:',loss.item())x,target = iter(test_data).next()x = x.to(device)with torch.no_grad():x_hat = model(x)tip = 'hat'+str(epoch)viz.images(x,nrow=8, win='x',opts=dict(title='x'))viz.images(x_hat,nrow=8, win='x_hat',opts=dict(title=tip))if __name__ == '__main__':main()