model.py

import torch
from torch import nn
import torch.nn.functional as F

class VAE(nn.Module):
    def __init__(self, in_channels=3, latent_dim=200, hidden_dims=None):
        super(VAE, self).__init__()

        self.latent_dim = latent_dim

        modules = []
        if hidden_dims is None:
            # ابعاد استاندارد برای یک VAE روی تصاویر 64x64
            hidden_dims = [32, 64, 128, 256, 512]

        # ------------------
        # ساخت Encoder
        # ------------------
        for h_dim in hidden_dims:
            modules.append(
                nn.Sequential(
                    nn.Conv2d(in_channels, out_channels=h_dim,
                              kernel_size=3, stride=2, padding=1),
                    nn.BatchNorm2d(h_dim),
                    nn.LeakyReLU())
            )
            in_channels = h_dim

        self.encoder = nn.Sequential(*modules)
        self.fc_mu = nn.Linear(hidden_dims[-1]*4, latent_dim)
        self.fc_var = nn.Linear(hidden_dims[-1]*4, latent_dim)

        # ------------------
        # ساخت Decoder
        # ------------------
        modules = []

        self.decoder_input = nn.Linear(latent_dim, hidden_dims[-1]*4)

        hidden_dims.reverse() # معکوس کردن لیست برای دیکودر

        for i in range(len(hidden_dims) - 1):
            modules.append(
                nn.Sequential(
                    nn.ConvTranspose2d(hidden_dims[i],
                                       hidden_dims[i+1],
                                       kernel_size=3,
                                       stride=2,
                                       padding=1,
                                       output_padding=1),
                    nn.BatchNorm2d(hidden_dims[i+1]),
                    nn.LeakyReLU())
            )

        self.decoder = nn.Sequential(*modules)

        self.final_layer = nn.Sequential(
            nn.ConvTranspose2d(hidden_dims[-1],
                               hidden_dims[-1],
                               kernel_size=3,
                               stride=2,
                               padding=1,
                               output_padding=1),
            nn.BatchNorm2d(hidden_dims[-1]),
            nn.LeakyReLU(),
            nn.Conv2d(hidden_dims[-1], out_channels=3, kernel_size=3, padding=1),
            nn.Sigmoid()
        )

    def encode(self, x):
        """ورودی را انکود کرده و پارامترهای فضای نهان را برمی‌گرداند"""
        result = self.encoder(x)
        result = torch.flatten(result, start_dim=1)

        # تقسیم نتیجه به دو بخش میانگین و لگاریتم واریانس
        mu = self.fc_mu(result)
        log_var = self.fc_var(result)

        return [mu, log_var]

    def decode(self, z):
        """بردار نهان z را به یک تصویر دیکود می‌کند"""
        result = self.decoder_input(z)
        result = result.view(-1, 512, 2, 2)
        result = self.decoder(result)
        result = self.final_layer(result)
        return result

    def reparameterize(self, mu, logvar):
        """ترفند Reparameterization برای نمونه‌برداری"""
        std = torch.exp(0.5 * logvar)
        eps = torch.randn_like(std)
        return eps * std + mu

    def forward(self, input, **kwargs):
        """یک پاس کامل در شبکه"""
        mu, log_var = self.encode(input)
        z = self.reparameterize(mu, log_var)
        return [self.decode(z), input, mu, log_var]

    def loss_f(self, *args, **kwargs):
        """محاسبه خطای VAE"""
        recons = args[0]
        input = args[1]
        mu = args[2]
        log_var = args[3]

        kld_weight = kwargs['KW'] # وزن خطای KL

        recons_loss = F.mse_loss(recons, input)
        kld_loss = torch.mean(-0.5 * torch.sum(1 + log_var - mu ** 2 - log_var.exp(), dim=1), dim=0)

        loss = recons_loss + kld_weight * kld_loss
        return loss, recons_loss, kld_loss

    def sample(self, num_samples, current_device, **kwargs):
        """تولید نمونه‌های جدید از فضای نهان"""
        z = torch.randn(num_samples, self.latent_dim)
        z = z.to(current_device)
        samples = self.decode(z)
        return samples

    def generate(self, x, **kwargs):
        """تولید یک تصویر از روی یک تصویر ورودی"""
        return self.forward(x, **kwargs)[0]