生成性教学实践与探究

生成性教学,是生成性思维视域下的"具有过程性、动态性、互动性、开放性、创造性等特征"的教学形态.实现生成性教学的前提是灵动的教学计划,基础是智慧型的教师,教师可以弹性预设教学计划,在教学过程中运用教学智慧,敏锐捕捉和利用"生成性资源",灵活动态地调整教学计划,既能达成预设的教学效果,又有意外的"动态生成"的教学收获.生成性教学鼓励学生质疑,要求教师创造性地组织教学,引领学生"动态生成"新的认识和意义建构.     

CGAN样本生成的遥感图像飞机识别

目的 基于深度学习的飞机目标识别方法在遥感图像解译领域取得了很大进步,但其泛化能力依赖于大规模数据集。条件生成对抗网络（conditional generative adversarial network,CGAN）可用于产生逼真的生成样本以扩充真实数据集,但对复杂遥感场景的建模能力有限,生成样本质量低。针对这些问题,提出了一种结合CGAN样本生成的飞机识别框架。方法 改进条件生成对抗网络,利用感知损失提高生成器对遥感图像的建模能力,提出了基于掩膜的结构相似性（structural similarity,SSIM）度量损失函数（masked-SSIM loss）以提高生成样本中飞机区域的图像质量,该损失函数与飞机的掩膜相结合以保证只作用于图像中的飞机区域而不影响背景区域。选取一个基于残差网络的识别模型,与改进后的生成模型结合,构成飞机识别框架,训练过程中利用生成样本代替真实的卫星图像,降低了对实际卫星数据规模的需求。结果 采用生成样本与真实样本训练的识别模型在真实样本上的进行实验,前者的准确率比后者低0.33%;对于生成模型,在加入感知损失后,生成样本的峰值信噪比（peak signal to noise ratio,PSNR）提高了0.79 dB,SSIM提高了0.094;在加入基于掩膜的结构相似性度量损失函数后,生成样本的PSNR提高了0.09 dB,SSIM提高了0.252。结论 本文提出的基于样本生成的飞机识别框架生成了质量更高的样本,这些样本可以替代真实样本对识别模型进行训练,有效地解决了飞机识别任务中的样本不足问题。     

Re-GAN：残差生成式对抗网络算法

目的 生成式对抗网络（generative adversarial network,GAN）是一种无监督生成模型,通过生成模型和判别模型的博弈学习生成图像。GAN的生成模型是逐级直接生成图像,下级网络无法得知上级网络学习的特征,以至于生成的图像多样性不够丰富。另外,随着网络层数的增加,参数变多,反向传播变得困难,出现训练不稳定和梯度消失等问题。针对上述问题,基于残差网络（residual network,ResNet）和组标准化（group normalization,GN）,提出了一种残差生成式对抗网络（residual generative adversarial networks,Re-GAN）。方法 Re-GAN在生成模型中构建深度残差网络模块,通过跳连接的方式融合上级网络学习的特征,增强生成图像的多样性和质量,改善反向传播过程,增强生成式对抗网络的训练稳定性,缓解梯度消失。随后采用组标准化（GN）来适应不同批次的学习,使训练过程更加稳定。结果 在Cifar10、CelebA和LSUN数据集上对算法的性能进行测试。Re-GAN的IS （inception score）均值在批次为64时,比DCGAN （deep convolutional GAN）和WGAN （Wasserstein-GAN）分别提高了5%和30%,在批次为4时,比DCGAN和WGAN分别提高了0.2%和13%,表明无论批次大小,Re-GAN生成图像具有很好的多样性。Re-GAN的FID （Fréchet inception distance）在批次为64时比DCGAN和WGAN分别降低了18%和11%,在批次为4时比DCGAN和WGAN分别降低了4%和10%,表明Re-GAN生成图像的质量更好。同时,Re-GAN缓解了训练过程中出现的训练不稳定和梯度消失等问题。结论 实验结果表明,在图像生成方面,Re-GAN的生成图像质量高、多样性强;在网络训练方面,Re-GAN在不同批次下的训练具有更好的兼容性,使训练过程更加稳定,梯度消失得到缓解。     

舰船装备维修性设计要求生成方法研究

针对目前舰船装备维修性设计要求与维修工程要求存在脱节的现象,通过采用基于维修历史数据挖掘的维修性要求生成方法,完善了维修性设计要求研究体系,切实形成维修性工程需求与维修性设计要求的技术闭环.一方面,解决了维修性设计要求无法解决装备中出现的实际维修困难的难题;另一方面,充分挖掘并利用装备的维修保障数据,可以为维修性设计研究提供设计方向及目标,从而生成更为科学和合理的维修性设计要求,便于将维修性需求落到实处.     

基于生成对抗网络的无监督图像风格迁移

无监督的图像风格迁移是计算机视觉领域中一个非常重要且具有挑战性的问题.无监督的图像风格迁移旨在通过给定类的图像映射到其他类的类似图像.一般情况下成对匹配的数据集很难获得,这极大限制了图像风格迁移的转换模型.因此,为了避免这种限制,对现有的无监督的图像风格迁移的方法进行改进,采用改进的循环一致性对抗网络进行无监督图像风格迁移.首先为了提升网络的训练速度,避免梯度消失的现象出现,在传统的循环一致性网络生成器部分引入DenseNet网络;在提高生成器的性能方面,生成器网络部分引入attention机制来输出效果更好的图像;为了减少网络的结构风险,在网络的每一个卷积层都使用谱归一化.为了验证本文方法的有效性,在monet2photo、vangogh2photo和facades数据集上进行了实验,实验结果表明,该方法在Inception score平均分数和FID距离评价指标上均有所提高.     

一种结合自注意和多尺度生成对抗网络的图像去雨方法

为去除雨天拍摄照片上的雨滴,针对被雨滴所覆盖区域未知,雨滴区域中大多数背景信息已经丢失,以及需要提升图像清晰度和对全局信息关注度的问题,在生成对抗网络中生成网络的自动编码器结构中添加自注意层,并在判别网络中引入多尺度判别器。通过注意力分布图的引导,自注意层的优化和多尺度判别器的评估,生成网络在关注雨滴区域的前提下进一步关注全局信息,多尺度判别器可由粗到细更好地判别雨滴图像与清晰图像之间的差距。实验完成了所提方法与其他方法的对比,以及自对比,并用峰值信噪比和结构相似性进行评估,结果表明了所提方法的有效性,其质量和指标数值均高于其他方法。     

自适应序列生成的建筑能耗预测

提出一种基于强化学习的生成对抗网络(Reinforcement learning-based Generative Adversarial Networks,Re-GAN)能耗预测方法.该算法将强化学习与生成对抗网络相结合,将GAN(Generative Adversarial Nets)中的生成器以及判别器分别构建为强化学习中Agent(生成器)以及奖赏函数.在训练过程中,将当前的真实能耗序列作为Agent的输入状态,构建一组固定长度的生成序列,结合判别器及蒙特卡洛搜索方法进一步构建当前序列的奖赏函数,并以此作为真实样本序列后续第一个能耗值的奖赏.在此基础之上,构建关于奖赏的目标函数,并求解最优参数.最后使用所提算法对唐宁街综合大楼公开的建筑能耗数据进行预测试验,实验结果表明,所提算法比多层感知机、门控循环神经网络和卷积神经网络具有更高的预测精度.     

基于卷积块注意力模块的图像描述生成模型

图像描述生成模型是使用自然语言描述图片的内容及其属性之间关系的算法模型.对现有模型描述质量不高、图片重要部分特征提取不足和模型过于复杂的问题进行了研究,提出了一种基于卷积块注意力机制模块(CBAM)的图像描述生成模型.该模型采用编码器-解码器结构,在特征提取网络Inception-v4中加入CBAM,并作为编码器提取图片的重要特征信息,将其送入解码器长短期记忆网络(LSTM)中,生成对应图片的描述语句.采用MSCOCO2014数据集中训练集和验证集进行训练和测试,使用多个评价准则评估模型的准确性.实验结果表明,改进后模型的评价准则得分优于其他模型,其中Model2实验能够更好地提取到图像特征,生成更加准确的描述.     

结合Pix2Pix生成对抗网络的灰度图像着色方法

针对神经网络在进行图像着色时容易出现物体边界不明确、图像着色质量不高的问题,提出结合Pix2Pix生成对抗网络的灰度图像着色方法.首先改进U-Net结构,采用8个下采样层和8个上采样层对图像进行特征提取和颜色预测,提高网络模型对图像深层次特征的提取能力;然后使用L1损失和smooth L 1损失度量生成图像与真实图像之间的差距,对比不同损失函数下的图像着色质量;最后加入梯度惩罚,在生成图像和真实图像分布之间构造新的数据分布,对每个输入数据进行梯度惩罚,改变判别器网络梯度限制方法,提高网络在训练过程中的稳定性.在相同实验环境下,使用Pix2Pix模型和summer2winter数据进行对比分析.实验结果表明,改进后的U-Net和使用smooth L 1损失作为生成器损失可以生成更好的着色图像;而L1损失能更好地保持图像结构信息,使用梯度惩罚可以加速模型的收敛速度,提高模型稳定性和图像质量;该方法能更好地学习图像的深层次特征,减少图像着色模糊现象,在有效地保持图像结构相似性的同时提高图像着色质量.     

"为你写诗":面向中国古典诗歌的可视化交互创作系统

中国古典诗歌具有工整的句式和悠扬的韵律,这些特点对创作者提出了较高的要求.现有的诗歌生成系统大多着眼于生成模型的效果,用户的参与度和发挥空间有限.基于古诗文网、THUNLP-AIPoet等开源数据,设计并实现了一个面向中国古典诗歌的可视化交互创作系统"为你写诗".其自定义视图支持自定义句式情感;"挥毫泼墨"视图自动生成诗歌作为创作基础,并且可视化诗歌文本的韵律情感等多维度属性;修改辅助视图在创作过程中提供改进建议和候选推荐.通过实例分析和用户调研对系统视图的功能和创作结果的连贯性、情感和韵律进行评价,结果表明了它的有效性和实用性.