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专利号: 2025105805293
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于GA‑PSO混合算法的生成对抗网络架构搜索方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,构建生成对抗网络的超网架构,包括全连接层、上采样层、下采样层和多个卷积模块,多个卷积模块构成搜索空间,定义搜索空间的候选操作;

步骤2,以超网架构作为种群中的个体,采用NSGA‑II算法进行全局搜索,得到非支配层;

步骤3,通过非支配排序和拥挤度距离对种群进行分层筛选,得到精英子代;

步骤4,使用粒子群优化算法对前n0精英子代进行局部参数调整,其中 ;

步骤5,判断是否满足迭代终止条件,若不满足则跳转至步骤2;否则终止搜索,输出满足收敛条件的最优超网架构;

分别在CIFAR‑10和STL‑10两个基准数据集上进行训练和测试,其中,CIFAR‑10数据集由十类自然图像构成,STL‑10数据集由十类图像构成,通过生成对抗网络架构搜索方法,获取具有生成能力的最优超网架构,利用已知图像和该最优超网架构生成新的图像;

步骤2包括:

步骤201,随机生成由超网架构组成的初始种群P0,每个超网架构对应的个体编码为整数矩阵;

步骤202,每个超网架构通过预训练的Inception v3网络计算双目标指标:IS和FID,IS表示最大化图像质量,FID表示最小化与真实分布的差距;

步骤203,计算每个超网架构的目标函数值,计算公式为:,

式中,表示超网架构参数, 表示超网最优架构参数,

是一个多目标优化函数, 表示最小

化生成样本与真实样本的分布差异, 表示最大化生成样本的多样性与质量,是超网生成器的权重, 是最优超网生成器的权重, 表示对随机噪声变量z的期望计算,在生成器G(z) 的输入噪声分布上计算统计期望,即生成器通过噪声向量生成假样本的期望性能衡量, 是生成器的对抗损失; 表示超网鉴别器的权重, 是最优超网鉴别器的权重, 表示对真实数据样本x的期望计算,计算鉴别器D(x)对真实数据分布下样本的响应期望, 是鉴别器D对真实数据的判别损失,鉴别器D需最大化真实样本x被判定为真实的概率D(x),生成器试图让生成样本 被鉴别器D判为真实的概率 趋近于0;

步骤204,通过精英保留策略筛选解,根据目标函数值筛选出前n1个体直接进入下一代,重组交叉子代和变异后的个体生成新种群,其中 ;

步骤205,通过非支配排序将新种群划分为不同的非支配层。

2.根据权利要求1所述的基于GA‑PSO混合算法的生成对抗网络架构搜索方法,其特征在于,在步骤205中,通过非支配排序将种群划分为不同的非支配层包括:若个体A的IS≥个体B的IS,且个体A的FID≤个体B的FID,则个体A支配个体B,未被任何个体支配的个体属于第1层,逐层移除被支配的个体,直到所有个体被分层,得到不同的非支配层。

3.根据权利要求2所述的基于GA‑PSO混合算法的生成对抗网络架构搜索方法,其特征在于,步骤3包括:根据筛选的预设数量,从第一非支配层选取个体,当第一非支配层数量不足时,由下一层非支配层补充,以此类推;当必须从同层非支配层选择个体时,优先选择拥挤度大的个体;将筛选出的个体作为精英子代。

4.根据权利要求3所述的基于GA‑PSO混合算法的生成对抗网络架构搜索方法,其特征在于,在计算拥挤度之前,将IS和FID值标准化到[0,1]区间,将目标空间设置成二维网格,取每个网络结构在IS和FID两个目标维度上相邻解的间隔距离之和,进行网络结构i的拥挤度计算,公式为:,

式中, 表示在目标 维度上、排序后个体 i 的下一个相邻个体的目标值, 表示在目标 k 维度上、排序后个体 i 的前一个相邻个体的目标值。

5.根据权利要求4所述的基于GA‑PSO混合算法的生成对抗网络架构搜索方法,其特征在于,步骤4包括:步骤401,将前n0精英子代作为初始粒子群,将对应的整数矩阵展平为向量,每个维度范围[0,6],作为粒子的初始位置,速度向量设置为[‑1,1]区间的随机浮点数;

步骤402,计算适应度函数,其中融合FID和IS与边界约束;适应度函数为:,

式中, 表示边界约束惩罚项,表示权重系数,用于调节惩罚强度, 表示粒子k的维度参数;

步骤403,将惯性权重 从 线性递减至 ,计算当前迭代次数下的惯性权重,公式为:,

式中,t为当前迭代次数,Tmax为最大迭代次数, 为惯性权重初始值, 为惯性权重最终值;

步骤404,对速度进行更新,公式为:

式中, 为学习因子, r1、r2为[0,1]随机数, 为该粒子历史生成的最佳架构参数, 为当前全局最佳生成器架构参数, 延续粒子的原移动方向,w是惯性权重,是第 次迭代时粒子i的速度向量, 是第 次迭代时粒子i的位置向量,驱动粒子向自身最优解靠近, 引导粒子向群体最优解

聚集;

步骤405,速度更新后,获得浮点数位置 增量,根据架构参数卷积类型、通道数的枚举值为整数编码对浮点结果四舍五入取整,通过np.clip函数对架构参数的取值范围进行强制约束,将其限制在预定义的整数范围内,公式为:,

式中,取架构参数的卷积类型、通道数的枚举值, 分别表示最小、最大操作编码;

步骤406,对位置更新,公式为: ,并裁剪至

; 分别表示粒子位置参数的最小值、最大值, 是第t次迭代时粒子 的速度向量;

步骤407,达到最大迭代次数或解收敛时停止迭代,得到最优架构解;否则返回步骤

402。

6.实施权利要求1所述的基于GA‑PSO混合算法的生成对抗网络架构搜索方法的系统,其特征在于,包括:构建模块,用于构建生成对抗网络超网,细胞层级支持配置 卷积、 空洞卷积、跳跃连接候选操作,节点间连接拓扑最多允许3条输入边,并支持动态选择归一化层和激活函数;

训练模块,每次仅激活一条双线性上采样或 深度可分离卷积操作路径,并与固定结构的鉴别器进行对抗训练,采用无重复均匀采样策略,每条路径均需在相同对抗环境中公平迭代;

优化模块,基于遗传算法生成初始种群,通过交叉变异探索广域解空间;粒子群优化对遗传算法结果调优,采用动态惯性权重与梯度敏感度分析,突破局部最优;混合比例设置为n3 GA搜索与(1‑ n3)粒子群优化,其中65%