生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)

第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.2條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.3最小二乘生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)課上練習(xí)1第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)常用于生成以假亂真的圖片。生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型框架中（至少）兩個(gè)模塊：生成模塊和判別模塊，它們的互相博弈學(xué)習(xí)產(chǎn)生相當(dāng)好的輸出。生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)除了生成以假亂真的圖片外，還被用于生成影片、三維物體模型等。2第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)“GAN的動(dòng)物園”：條件生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（conditionGenerativeAdversarialNetworks，CGAN）、最小二乘生成式對(duì)抗網(wǎng)（LeastSquaresGenerativeAdversarialNetworks，LSGAN）、邊界均衡生成式對(duì)抗網(wǎng)（BoundaryEquilibriumGenerativeAdversarialNetworks，BEGAN），漸進(jìn)增大生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（progressivegrowingGenerativeAdversarialNetworks，PG-GAN）、Wasserstein對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(WGAN)、循環(huán)生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（CycleGAN）等等。3第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)1.1人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)1.1.1人工智能簡(jiǎn)介人工智能有兩種類型：強(qiáng)人工智能和弱人工智能。強(qiáng)人工智能：就是要使機(jī)器學(xué)習(xí)人的理解、學(xué)習(xí)和執(zhí)行任務(wù)的能力。弱人工智能：指用于自動(dòng)化特定任務(wù)的軟件。4第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理GAN的目的是通過(guò)一定的方法模擬出一種數(shù)據(jù)的概率分布生成器，使得這種概率分布與某種觀測(cè)數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計(jì)分布一致或盡可能接近，這個(gè)逼近真實(shí)的終點(diǎn)是達(dá)到納什均衡。

納什均衡的例子5第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理6圖8.1GAN絡(luò)工作簡(jiǎn)單示意圖

第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理GAN的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：這個(gè)式子表示的是D想辦法增加V的值，G想辦法減小V的值，兩者在相互的對(duì)抗。怎樣達(dá)到這個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)平衡點(diǎn)呢？下面是訓(xùn)練的過(guò)程：7第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理GAN的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：1.首先固定G訓(xùn)練D：（1）訓(xùn)練D的目的是希望這個(gè)式子的值越大越好。真實(shí)數(shù)據(jù)希望被D分成1，生成數(shù)據(jù)希望被分成0。第一項(xiàng)，如果有一個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)被分錯(cuò)，那么log(D(x))<<0，期望會(huì)變成負(fù)無(wú)窮大。第二項(xiàng)，如果被分錯(cuò)成1的話，第二項(xiàng)也會(huì)是負(fù)無(wú)窮大。很多被分錯(cuò)的話，就會(huì)出現(xiàn)很多負(fù)無(wú)窮，那樣可以優(yōu)化的空間還有很多。可以修正參數(shù)，使V的數(shù)值增大。8第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理GAN的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：（2）訓(xùn)練G，它是希望V的值越小越好，讓D分不開(kāi)真假數(shù)據(jù)。因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)的第一項(xiàng)不包含G，是常數(shù)，所以可以直接忽略不受影響。對(duì)于G來(lái)說(shuō)它希望D在劃分它的時(shí)候能夠越大越好，它希望被D劃分成1(真實(shí)數(shù)據(jù))。9第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理第二個(gè)式子和第一個(gè)式子等價(jià)。在訓(xùn)練的時(shí)候，第二個(gè)式子訓(xùn)練效果比較好常用第二個(gè)式子的形式。證明V是可以收斂到最佳解的。（1）globaloptimum存在（2）globaloptimum訓(xùn)練過(guò)程收斂全局優(yōu)化首先固定G優(yōu)化D，D的最佳情況為：10第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理1.證明D*G(x)是最優(yōu)解由于V是連續(xù)的所以可以寫(xiě)成積分的形式來(lái)表示期望：11第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理通過(guò)假設(shè)x=G(z)可逆進(jìn)行了變量替換，整理式子后得到：然后對(duì)V(G,D)進(jìn)行最大化：對(duì)D進(jìn)行優(yōu)化令V取最大取極值，對(duì)V進(jìn)行求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)等于0。求解出來(lái)可得D的最佳解D*G(x)結(jié)果一樣。12第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理2．假設(shè)我們已經(jīng)知道D*G(x)是最佳解了，這種情況下G想要得到最佳解的情況是：G產(chǎn)生出來(lái)的分布要和真實(shí)分布一致，即：在這個(gè)條件下，D*G(x)=1/2。接下來(lái)看G的最優(yōu)解是什么，因?yàn)镈這時(shí)已經(jīng)找到最優(yōu)解，所以只需要調(diào)整G，使得：13第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理對(duì)于D的最優(yōu)解我們已經(jīng)知道了，D*G(x)，可以直接把它帶進(jìn)來(lái)并去掉前面的Max然后對(duì)log里面的式子分子分母都同除以2，分母不動(dòng)，兩個(gè)分子在log里面除以2相當(dāng)于在log外面-log(4)可以直接提出來(lái)，又發(fā)現(xiàn)可以把KL散度（Kullback–Leiblerdivergence，用來(lái)比較兩個(gè)概率分布的接近程度。）代入來(lái)求解C的最小值。14第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理結(jié)果可以整理成兩個(gè)KL散度-log(4)15第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.1GAN原理KL散度是大于等于零的，所以C的最小值是-log（4）當(dāng)且僅當(dāng)即所以證明了當(dāng)G產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)是一樣的時(shí)候，C取得最小值也就是最佳解。16第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1原始生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.1.2GAN實(shí)現(xiàn)代碼第一步：導(dǎo)入各種需要的包。第二步：建立生成模型。第三步：建立判別模型第四步：導(dǎo)入需要的數(shù)據(jù)集。第五步：接下來(lái)定義GAN類，以便以后生成對(duì)象。17第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.2條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)在基本的生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型中，生成器是通過(guò)輸入一串滿足某個(gè)分布的隨機(jī)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(CGAN)中，不僅要輸入隨機(jī)數(shù)，還需要將之與標(biāo)簽類別做拼接，再將其輸入生成器生成所需要的數(shù)據(jù)。對(duì)判別器，也需要將真實(shí)數(shù)據(jù)或生成數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽類別做拼接，再輸入判別器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別和判斷。對(duì)于CGAN來(lái)說(shuō)，訓(xùn)練目標(biāo)是：18深度學(xué)習(xí)實(shí)踐教程深度學(xué)習(xí)實(shí)踐教程第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.2條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)21條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型示意圖第8章生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)8.3最小二乘生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)最小二乘生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（LeastSquaresGAN）是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GAN生成的圖片質(zhì)量不高以及訓(xùn)練過(guò)程不穩(wěn)定這兩個(gè)缺陷進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)方法就是將GAN的目標(biāo)函數(shù)中交叉熵?fù)p失函數(shù)換成最小二乘損失函數(shù)，而且這一個(gè)改變同時(shí)解決了兩個(gè)缺陷。LSGANs的損失函數(shù)-最小二乘損失函數(shù)：22課堂練習(xí)（1）GAN中的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：

網(wǎng)絡(luò)和

網(wǎng)絡(luò)。答案：生成、判別任務(wù)一了解石油化工燃燒爆炸的特點(diǎn)項(xiàng)目四

防止燃燒爆炸傷害2022年12月15日石油化工企業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜,化工設(shè)備塔釜成群,壓力管道縱橫交錯(cuò),生產(chǎn)原料和產(chǎn)品大多具有易燃易爆、毒害和腐蝕性,生產(chǎn)工藝操作復(fù)雜、連續(xù)性強(qiáng),生產(chǎn)危險(xiǎn)性大,發(fā)生火災(zāi)爆炸概率高。一、燃燒燃燒是可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng),通常伴有火焰、發(fā)光和(或)發(fā)煙的現(xiàn)象。燃燒必須同時(shí)具備三個(gè)條件:可燃物、助燃物、點(diǎn)火源。二、火災(zāi)在時(shí)間和空間上都失去控制的燃燒稱為火災(zāi)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4968—2008《火災(zāi)分類》,將火災(zāi)分為六類。三、爆炸與爆炸極限爆炸極限是可燃?xì)怏w(或蒸氣、粉塵)在空氣中能發(fā)生燃燒或爆炸的濃度范圍。如一氧化碳的爆炸極限(體積分?jǐn)?shù))為12.5%~74.5%,即一氧化碳在空氣中的濃度低于12.5%或高于74.5%都不能燃燒或爆炸?？扇夹曰旌衔锏谋O限范圍越寬、爆炸下限越低和爆炸上限越高時(shí),其爆炸危險(xiǎn)性越大。這是因?yàn)楸O限越寬則出現(xiàn)爆炸條件的機(jī)會(huì)就多;爆炸下限越低則可燃物稍有泄漏就會(huì)形成爆炸條件;爆炸上限越高則有少量空氣滲入容器,就能與容器內(nèi)的可燃物混合形成爆炸條件。應(yīng)當(dāng)指出,可燃性混合物的濃度高于爆炸上限時(shí),雖然不會(huì)著火和爆炸,但當(dāng)它從容器或管道里逸出,重新接觸空氣時(shí)卻能燃燒,仍有發(fā)生著火的危險(xiǎn)。爆炸極限值受各種因素變化的影響,主要有:初始溫度、初始?jí)毫?、惰性介質(zhì)及雜質(zhì)、混合物中氧含量、點(diǎn)火源等。初始溫度越高,爆炸范圍越大。這是由于其分子內(nèi)能增大,使爆炸下限降低、爆炸上限增高。混合物中加入惰性氣體,使爆炸極限范圍縮小,特別對(duì)爆炸上限的影響更大。混合物含氧量增加,爆炸下限降低,爆炸上限上升?；旌衔锏臐舛鹊陀谙孪藁蚋哂谏舷迺r(shí)，既不能發(fā)生爆炸也不能發(fā)生燃燒。四、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分及范圍爆炸危險(xiǎn)環(huán)境包括爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境。(一)劃分根據(jù)爆炸性混合物的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間劃分為不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)域(二)范圍1.爆炸性氣體環(huán)境(1)按釋放源的級(jí)別劃分(2)根據(jù)通風(fēng)條件調(diào)整區(qū)域根據(jù)通風(fēng)條件調(diào)整爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分,應(yīng)遵循以下原則：①當(dāng)通風(fēng)良好時(shí),應(yīng)降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)(爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的通風(fēng),其空氣流量能使易燃物質(zhì)很快稀釋到爆炸下限值的25%以下時(shí),可定為通風(fēng)良好);當(dāng)通風(fēng)不良時(shí)應(yīng)提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。②局部機(jī)械通風(fēng)在降低爆炸性氣體混合物濃度方面比自然通風(fēng)和一般機(jī)械通風(fēng)更為有效時(shí),可采用局部機(jī)械通風(fēng)降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。③在障礙物、凹坑和死角處,應(yīng)局部提高爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)。④利用堤或墻等障礙物,限制比空氣重的爆炸性氣體混合物的擴(kuò)散,可縮小爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。2.爆炸性粉塵環(huán)境對(duì)于爆炸性粉塵環(huán)境,其危險(xiǎn)區(qū)域的范圍應(yīng)按爆炸性粉塵的量、爆炸極限和通風(fēng)條件確定。ⅢA級(jí):可燃性飛絮,如棉花纖維、麻纖維、絲纖維、毛纖維、木質(zhì)纖維、人造纖維等。ⅢB級(jí):非導(dǎo)電性可燃粉塵,如聚乙烯、苯酚樹(shù)脂、小麥、玉米、砂糖、染料、可可、木質(zhì)、米糠、硫黃等粉塵。ⅢC級(jí):可燃性導(dǎo)電粉塵,石墨、炭黑、焦炭、煤、鐵、鋅、鈦等粉塵。五、石油化工火災(zāi)的特點(diǎn)a.爆炸性火災(zāi)居多

b.大面積流淌性火災(zāi)多c.立體性火災(zāi)多d.火勢(shì)發(fā)展速度快e.火情復(fù)雜撲救困難訓(xùn)練內(nèi)容對(duì)石油化工生產(chǎn)裝置火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分析1.石油化工生產(chǎn)中使用物料的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性石油化工生產(chǎn)中,所用的物料絕大部分都具有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性,從防火防爆的角度,這些物質(zhì)可分為七大類。①爆炸性物質(zhì),如硝化甘油等。②氧化劑,如過(guò)氧化鈉、亞硝酸鉀等。③可燃?xì)怏w,如苯蒸氣等。④自燃性物質(zhì),如磺磷等。⑤遇水燃燒物質(zhì),如硫的金屬化合物等。⑥易燃與可燃液體,如汽油、丁二烯等。⑦易燃與可燃固體,如硝基化合物等。2.生產(chǎn)裝置及工藝過(guò)程中的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性①裝置中儲(chǔ)存的物料越多,發(fā)生火災(zāi)時(shí)滅火就越困難,損失也就越大。②裝置的自動(dòng)化程度越高,安全設(shè)施越完善,防止事故的可能性就越高。③工藝程度越復(fù)雜,生產(chǎn)中物料經(jīng)受的物理化學(xué)變化越多,危險(xiǎn)性就越大。④工藝條件苛刻,高溫、高壓、低溫、負(fù)壓,也會(huì)增加危險(xiǎn)性。⑤操作人員技術(shù)不熟練,不遵守工藝規(guī)程,事故狀態(tài)時(shí)欠鎮(zhèn)靜、處理不力,也會(huì)造成大事故。⑥裝置設(shè)計(jì)不符合規(guī)范,布局不合理,一旦發(fā)生事故,還會(huì)波及鄰近裝置。3.常減壓蒸餾裝置的火災(zāi)危險(xiǎn)性常減壓蒸餾裝置是原油加工的第一道工序,是石化企業(yè)的“龍頭”裝置,它為后續(xù)的裝置提供原料,在石化企業(yè)中占有舉足輕重的位置。該裝置主要包括電脫鹽、常壓蒸餾、減壓蒸餾。其工藝原理是利用原油中各組分沸點(diǎn)的不同,通過(guò)加熱,使其全部或部分汽化,反復(fù)地通過(guò)冷凝與汽化,將各種烴類混合物進(jìn)行分離。裝置采用計(jì)算機(jī)和集散控制系統(tǒng)(DCS)管理,實(shí)行中心控制室一體化統(tǒng)一控制。該裝置的重點(diǎn)部位有:電脫鹽系統(tǒng)、常壓系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)、加熱爐、熱油泵房等。常減壓主要物料理化性質(zhì)常減壓裝置火災(zāi)危險(xiǎn)性:①常壓、減壓蒸餾從原料到成品以及副產(chǎn)品都屬易燃液體、可燃?xì)怏w,閃點(diǎn)都在28℃以下,泄漏后遇明火、靜電等發(fā)生燃燒或爆炸;②在生產(chǎn)過(guò)程中高溫、高壓,液體泄漏后能自燃,輻射熱很強(qiáng),蔓延速度快;③裝置設(shè)備多,塔釜林立,管線閥門(mén)、泵、爐相連通。如遇損壞、破裂,易在壓力作用下噴出造成大面積火災(zāi),構(gòu)成立體燃燒,會(huì)使框架變形或倒塌,給撲救工作造成困難;④在生產(chǎn)過(guò)程中,下水溝、管道井相連通,有時(shí)誤將易燃、可燃液體、氣體排入,遇明火發(fā)生爆炸著火,難以確定中心火點(diǎn),給撲救工作帶來(lái)極大難度;⑤現(xiàn)代化操作技術(shù)使用大量電氣設(shè)備和電纜,發(fā)生電氣火災(zāi)概率大,火災(zāi)隱蔽性大,造成串連性火災(zāi)可能性大,給火災(zāi)偵察、滅火造成困難,增加火災(zāi)撲救難度。課堂練習(xí)（2）Fashion-MNIST數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練集有

張圖片，測(cè)試集有

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