[發(fā)明專利]一種利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)加速的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811637907.3
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109783910B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭帥;何真真;黃從甲;田智強(qiáng);李寶童
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/18;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)加速的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步、使用SIMP算法準(zhǔn)備數(shù)據(jù)

在所有拓?fù)鋬?yōu)化方法中選用傳統(tǒng)的SIMP算法來生成少量優(yōu)化過程圖，并按照9：1的比例將生成的過程圖數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集；

第二步、利用數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù)對數(shù)據(jù)集進(jìn)行擴(kuò)充

隨機(jī)獲取數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行以下操作：1)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)A，若其大于0.5則進(jìn)行上下翻轉(zhuǎn)；2)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)B，若其大于0.5則進(jìn)行左右翻轉(zhuǎn)；3)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)C，若其大于0.5則進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；

第三步、使用編碼器-解碼器構(gòu)建生成器

自動編碼器算法將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層看成是一個(gè)編碼器和解碼器，使用編碼器學(xué)習(xí)輸入數(shù)據(jù)的隱含特征，解碼器可使用學(xué)習(xí)到的新特征重構(gòu)出原始輸入數(shù)據(jù)；

第四步、使用深度卷積網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建判別器

將一張生成圖片或者真實(shí)的最終結(jié)果圖像作為判別器的輸入；經(jīng)過多層帶有步長的卷積層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征提取后，最終生成和標(biāo)簽大小相同的、內(nèi)參僅為0或1的數(shù)據(jù)；

第五步、使用變形的pix2pix模型進(jìn)行訓(xùn)練

生成器網(wǎng)絡(luò)和判別器網(wǎng)絡(luò)分別定義完成后，需要將兩者連接起來循環(huán)訓(xùn)練；先固定生成器訓(xùn)練判別器，使用均方誤差MSE方法計(jì)算損失值，該損失值來自兩部分，一部分為輸入真實(shí)結(jié)果圖得到的輸出值與全1標(biāo)簽之間的均方誤差，另一部分為輸入生成結(jié)果圖得到的輸出值與全0標(biāo)簽之間的均方誤差，向著判別器總損失下降的方向進(jìn)行訓(xùn)練以達(dá)到訓(xùn)練判別器的目的；再固定判別器訓(xùn)練生成器，使用均方誤差MSE方法計(jì)算損失值，該損失值的獲取較判別器損失值的獲取復(fù)雜，應(yīng)先構(gòu)建一個(gè)Model，該Model的輸入為生成器的兩個(gè)輸入，輸出為生成器的輸出和判別器生成的標(biāo)簽，其中判別器的輸入為生成器的輸出；則生成器的損失值即為判別器生成的標(biāo)簽和全1標(biāo)簽之間的均方誤差，向著生成器損失下降的方向進(jìn)行訓(xùn)練以達(dá)到訓(xùn)練生成器的目的；多次循環(huán)進(jìn)行固定生成器訓(xùn)練判別器、固定判別器訓(xùn)練生成器的操作，直到判別器的錯(cuò)誤率為50％左右為止；

第六步、使用最終模型

對變形的pix2pix模型進(jìn)行訓(xùn)練，生成器的圖像生成能力和判別器的判別能力將會得到提高，每訓(xùn)練10次進(jìn)行訓(xùn)練結(jié)果輸出和當(dāng)前生成器模型的保存；當(dāng)訓(xùn)練總過程結(jié)束后，首先通過傳統(tǒng)的SIMP算法計(jì)算少量迭代步驟，將迭代結(jié)果輸入到最終保存的生成器模型中進(jìn)行處理，可迅速得到最終生成結(jié)果圖，從而實(shí)現(xiàn)最終優(yōu)化結(jié)構(gòu)的快速計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)加速的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，使用編碼器-解碼器構(gòu)建生成器具體操作如下：取出數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行第二步中的操作，將處理后得到的數(shù)據(jù)喂入編碼器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征提取并完成圖像壓縮任務(wù)；將編碼器網(wǎng)絡(luò)輸出的feature map再送入解碼器網(wǎng)絡(luò)，可將被壓縮的圖像進(jìn)行放大，在此過程中，將編碼器和解碼器過程中具有相同尺寸的feature map連接到解碼器中，以便充分利用編碼器網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)構(gòu)信息，保持特征的不變性，達(dá)到更好的重建效果。