生成對抗網(wǎng)絡(luò)GAN：原理與實(shí)踐

CONTENTS目　　錄

前言第1章　生成模型1　1.1　無監(jiān)督學(xué)習(xí)與生成模型1

1.1.1　監(jiān)督學(xué)習(xí)與無監(jiān)督學(xué)習(xí)1

1.1.2　判別模型與生成模型3

1.1.3　無監(jiān)督生成模型4

　1.2　顯式與隱式生成模型5

1.2.1　極大似然估計(jì)法6

1.2.2　完全可見置信網(wǎng)絡(luò)8

1.2.3　流模型13

1.2.4　變分自編碼器18

1.2.5　玻爾茲曼機(jī)24

1.2.6　隱式生成模型27

　參考文獻(xiàn)28第2章　目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化29　2.1　GAN29

2.1.1　GAN概述30

2.1.2　GAN模型30

2.1.3　GAN的本質(zhì)33

　2.2　LSGAN35

　2.3　EBGAN40

　2.4　f GAN42

　2.5　WGAN45

2.5.1　分布度量45

2.5.2　WGAN目標(biāo)函數(shù)48

　2.6　Loss-sensitive GAN51

　2.7　WGAN-GP53

　2.8　IPM54

2.8.1　IPM概念55

2.8.2　基于IPM的GAN55

2.8.3　IPM與f散度57

　2.9　其他目標(biāo)函數(shù)57

2.9.1　RGAN57

2.9.2　BEGAN58

　參考文獻(xiàn)59第3章　訓(xùn)練技巧61　3.1　GAN訓(xùn)練的3個問題61

3.1.1　梯度消失61

3.1.2　目標(biāo)函數(shù)不穩(wěn)定性63

3.1.3　模式崩潰64

　3.2　退火噪聲65

　3.3　譜正則化66

3.3.1　特征值與奇異值67

3.3.2　譜范數(shù)與1-Lipschitz

限制68

　3.4　一致優(yōu)化71

3.4.1　歐拉法71

3.4.2　GAN動力學(xué)系統(tǒng)73

3.4.3　一致優(yōu)化算法76

　3.5　GAN訓(xùn)練技巧77

3.5.1　特征匹配77

3.5.2　歷史均值78

3.5.3　單側(cè)標(biāo)簽平滑78

3.5.4　虛擬批正則化79

3.5.5　TTUR79

3.5.6　0中心梯度80

3.5.7　其他建議80

　3.6　模式崩潰解決方案80

3.6.1　unrolledGAN82

3.6.2　DRAGAN85

3.6.3　Minibatch判別器與

PGGAN86

3.6.4　MADGAN與

MADGAN-Sim87

3.6.5　VVEGAN89

　參考文獻(xiàn)91第4章　評價(jià)指標(biāo)與可視化93　4.1　評價(jià)指標(biāo)93

4.1.1　評價(jià)指標(biāo)的要求93

4.1.2　IS系列94

4.1.3　FID96

4.1.4　MMD97

4.1.5　Wasserstein距離98

4.1.6　最近鄰分類器98

4.1.7　GANtrain與GANtest99

4.1.8　NRDS100

4.1.9　圖像質(zhì)量度量101

4.1.10　平均似然值102

　4.2　GAN可視化103

4.2.1　設(shè)置模型103

4.2.2　訓(xùn)練模型105

4.2.3　可視化數(shù)據(jù)107

4.2.4　樣例演示109

　參考文獻(xiàn)110第5章　圖像生成111　5.1　圖像生成應(yīng)用111

5.1.1　訓(xùn)練數(shù)據(jù)擴(kuò)充111

5.1.2　數(shù)據(jù)質(zhì)量提升112

5.1.3　內(nèi)容創(chuàng)作112

　5.2　深度卷積GAN113

5.2.1　DCGAN原理114

5.2.2　DCGAN的思考115

　5.3　條件GAN117

5.3.1　有監(jiān)督條件GAN117

5.3.2　無監(jiān)督條件GAN118

5.3.3　半監(jiān)督條件GAN119

5.3.4　復(fù)雜形式的條件輸入119

　5.4　多尺度GAN121

5.4.1　LAPGAN121

5.4.2　Progressive GAN123

　5.5　屬性GAN124

5.5.1　顯式屬性GAN124

5.5.2　隱式屬性GAN125

　5.6　多判別器與生成器GAN133

5.6.1　多判別器GAN133

5.6.2　多生成器GAN134

　5.7　數(shù)據(jù)增強(qiáng)與仿真GAN135

5.7.1　數(shù)據(jù)增強(qiáng)GAN135

5.7.2　數(shù)據(jù)仿真GAN136

　5.8　DCGAN圖像生成實(shí)踐137

5.8.1　項(xiàng)目解讀137

5.8.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果144

　5.9　StyleGAN人臉圖像生成實(shí)踐147

5.9.1　項(xiàng)目簡介147

5.9.2　模型解讀147

5.9.3　預(yù)訓(xùn)練模型的使用157

5.9.4　小結(jié)161

　參考文獻(xiàn)161第6章　圖像翻譯163　6.1　圖像翻譯基礎(chǔ)163

6.1.1　什么是圖像翻譯163

6.1.2　圖像翻譯任務(wù)的類型164

　6.2　有監(jiān)督圖像翻譯模型166

6.2.1　Pix2Pix166

6.2.2　Pix2PixHD167

6.2.3　Vid2Vid168

　6.3　無監(jiān)督圖像翻譯模型168

6.3.1　基于域遷移與域?qū)R的

無監(jiān)督模型168

6.3.2　基于循環(huán)一致性約束的

無監(jiān)督模型172

　6.4　圖像翻譯模型的關(guān)鍵改進(jìn)175

6.4.1　多領(lǐng)域轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)

StarGAN175

6.4.2　豐富圖像翻譯模型的

生成模式177

6.4.3　給模型添加監(jiān)督信息179

　6.5　基于Pix2Pix模型的圖像上色

實(shí)踐180

6.5.1　數(shù)據(jù)處理180

6.5.2　模型代碼解讀181

6.5.3　模型訓(xùn)練與測試189

6.5.4　小結(jié)193

　參考文獻(xiàn)194第7章　人臉圖像編輯195　7.1　人臉表情編輯195

7.1.1　表情編輯問題195

7.1.2　關(guān)鍵點(diǎn)控制的表情編輯

模型196

　7.2　人臉年齡編輯197

7.2.1　年齡編輯問題197

7.2.2　基于潛在空間的條件對抗

自編碼模型197

　7.3　人臉姿態(tài)編輯198

7.3.1　姿態(tài)編輯問題198

7.3.2　基于3DMM的姿態(tài)編輯

模型199

　7.4　人臉風(fēng)格編輯200

7.4.1　風(fēng)格編輯問題201

7.4.2　基于注意力機(jī)制的風(fēng)格化

模型201

　7.5　人臉妝造編輯203

7.5.1　妝造編輯問題204

7.5.2　基于GAN的妝造遷移

算法204

　7.6　人臉換臉編輯206

7.6.1　身份編輯問題206

7.6.2　基于編解碼器的Deepfakes

換臉?biāo)惴?06

　7.7　通用的人臉屬性編輯207

7.7.1　StyleGAN人臉編輯的

關(guān)鍵問題207

7.7.2　潛在編碼向量的求解208

　7.8　基于StyleGAN模型的人臉屬性

編輯實(shí)踐209

7.8.1　人臉重建209

7.8.2　人臉屬性混合與插值219

7.8.3　人臉屬性編輯221

7.8.4　小結(jié)228

　參考文獻(xiàn)228第8章　圖像質(zhì)量增強(qiáng)230　8.1　圖像降噪230

8.1.1　圖像降噪問題230

8.1.2　基于GAN的圖像去噪

框架231

　8.2　圖像去模糊232

8.2.1　圖像去模糊問題232

8.2.2　基于GAN的圖像去模糊

框架233

　8.3　圖像色調(diào)映射234

8.3.1　圖像色調(diào)映射問題235

8.3.2　圖像色調(diào)映射數(shù)據(jù)集236

8.3.3　基于GAN的圖像色調(diào)

映射框架236

　8.4　圖像超分辨239

8.4.1　圖像超分辨問題240

8.4.2　基于GAN的圖像超分辨

框架240

　8.5　圖像修復(fù)243

8.5.1　圖像修復(fù)基礎(chǔ)243

8.5.2　基于GAN的圖像修復(fù)

框架244

　8.6　基于SRGAN的人臉超分重建

實(shí)踐247

8.6.1　項(xiàng)目解讀247

8.6.2　模型訓(xùn)練254

8.6.3　模型測試258

8.6.4　小結(jié)260

　參考文獻(xiàn)260第9章　三維圖像與視頻生成262　9.1　三維圖像與視頻生成應(yīng)用262

9.1.1　三維圖像生成應(yīng)用262

9.1.2　視頻生成與預(yù)測應(yīng)用263

　9.2　三維圖像生成框架264

9.2.1　一般三維圖像生成

框架264

9.2.2　二維圖到三維圖的預(yù)測

框架265

　9.3　視頻生成與預(yù)測框架266

9.3.1　基本的Video-GAN266

9.3.2　多階段的MD-GAN267

9.3.3　內(nèi)容動作分離的

MoCoGAN268

　參考文獻(xiàn)270第10章　通用圖像編輯271　10.1　圖像深度編輯271

10.1.1　深度與景深271

10.1.2　圖像景深編輯框架274

　10.2　圖像融合276

10.2.1　圖像融合問題276

10.2.2　基于GAN的圖像融合

框架277

　10.3　交互式圖像編輯278

10.3.1　交互式圖像編輯

框架278

10.3.2　基于GAN的交互式

圖像編輯框架279

　10.4　展望280

　參考文獻(xiàn)280第11章　對抗攻擊282　11.1　對抗攻擊及防御算法282

11.1.1　對抗攻擊概述282

11.1.2　常用攻擊算法284

11.1.3　常用防御算法287

　11.2　基于GAN的對抗樣本生成289

11.2.1　Perceptual-Sensitive

GAN289

11.2.2　Natural GAN292

11.2.3　AdvGAN294

　11.3　基于GAN的對抗攻擊防御296

11.3.1　APEGAN296

11.3.2　DefenseGAN297

　11.4　對抗攻擊工具包AdvBox297

11.4.1　對分類器的攻擊297

11.4.2　高斯噪聲對抗防御301

11.4.3　其他示例程序301

　參考文獻(xiàn)305第12章　語音信號處理306　12.1　基于GAN的語音增強(qiáng)306

12.1.1　項(xiàng)目簡介306

12.1.2　SEGAN模型307

12.1.3　SEGAN訓(xùn)練和

測試313

　12.2　基于GAN的語音轉(zhuǎn)換315

12.2.1　項(xiàng)目簡介315

12.2.2　WORLD語音合成

工具316

12.2.3　CycleGAN-VC2

模型317

12.2.4　CycleGAN-VC2

訓(xùn)練322

12.2.5　CycleGAN-VC2

測試325

　12.3　基于GAN的語音生成325

12.3.1　項(xiàng)目簡介326

12.3.2　WaveGAN模型326

12.3.3　WaveGAN訓(xùn)練和

測試332

　參考文獻(xiàn)333