在 Keras 中实现对抗性损失

Question

我正在尝试在 keras 中实现对抗性损失。 该模型由两个网络组成，一个自动编码器（目标模型）和一个鉴别器。这两个模型共享编码器。

我通过设置一个 keras 变量来创建自动编码器的对抗性损失

def get_adv_loss(d_loss):
    def loss(y_true, y_pred):
        return some_loss(y_true, y_pred) - d_loss
    return loss

discriminator_loss = K.variable()
L = get_adv_loss(discriminator_loss)
autoencoder.compile(..., loss=L)

在训练期间，我将train_on_batch 和discriminator 和autoencoder 交错以更新discriminator_loss

d_loss = disciminator.train_on_batch(x, y_domain)
discriminator_loss.assign(d_loss)
a_loss, ... = self.segmenter.train_on_batch(x, y_target)

但是，我发现在编译模型时这些变量的值被冻结了。我试图在训练期间重新编译模型，但会引发错误

节点“IsVariableInitialized_13644”：未知输入节点 'training_12/Adam/变量'

我猜这意味着我不能在训练期间重新编译？关于如何在自动编码器中注入鉴别器损失的任何建议？

Answer 1

Keras 模型支持多个输出。因此，如果不应该训练判别器，只需将您的判别器包含到您的 keras 模型中并 freeze 判别器层。

下一个问题是如何结合自动编码器损失和鉴别器损失。幸运的是 keras model.compile 支持损失权重。如果自动编码器是您的第一个输出，而鉴别器是您的第二个输出，您可以执行loss_weights=[1, -1] 之类的操作。所以更好的判别器对自动编码器来说更差。

编辑：这是一个示例，如何实现对抗网络：

# Build your architecture
auto_encoder_input = Input((5,))
auto_encoder_net = Dense(10)(auto_encoder_input)
auto_encoder_output = Dense(5)(auto_encoder_net)

discriminator_net = Dense(20)(auto_encoder_output)
discriminator_output = Dense(5)(discriminator_net)

# Define outputs of your model
train_autoencoder_model = Model(auto_encoder_input, [auto_encoder_output, discriminator_output])
train_discriminator_model = Model(auto_encoder_input, discriminator_output)

# Compile the models (compile the first model and then change the trainable attribute for the second)
for layer_index, layer in enumerate(train_autoencoder_model.layers):
    layer.trainable = layer_index < 3

train_autoencoder_model.compile('Adam', loss=['mse', 'mse'], loss_weights=[1, -1])        

for layer_index, layer in enumerate(train_discriminator_model.layers):
    layer.trainable = layer_index >= 3

train_discriminator_model.compile('Adam', loss='mse')

# A simple example how a training can look like
for i in range(10):
    auto_input = np.random.sample((10,5))
    discrimi_output = np.random.sample((10,5))
    train_discriminator_model.fit(auto_input, discrimi_output, steps_per_epoch=5, epochs=1)
    train_autoencoder_model.fit(auto_input, [auto_input, discrimi_output], steps_per_epoch=1, epochs=1)  

正如您所见，使用 keras 构建对抗模型并没有什么神奇之处。

Answer 2

除非你决定深入研究 keras 源代码，否则我认为你不能轻易做到这一点。在编写自己的对抗模块之前，您应该仔细检查现有作品。据我所知，keras-adversarial 仍然被很多人使用。当然，它只支持旧的 keras 版本，例如2.0.8。

其他几件事：

1. 冻结模型重量时要小心。如果你先编译一个模型，然后冻结一些权重，这些权重仍然是可训练的，因为在编译过程中会生成训练函数。所以你应该先冻结权重然后编译。
2. keras-adversarial 以更优雅的方式完成这项工作。它没有创建两个模型，共享权重但以不同的方式冻结一些权重，而是创建了两个训练函数，每个玩家一个。