На волне искусственного интеллекта создание и генерация интеллектуальной музыки стало захватывающей областью. С помощью технологии глубокого обучения мы можем обучать модели автоматически генерировать музыку и даже имитировать композиторов определенных стилей. В этой статье будет подробно описано, как использовать Python для реализации интеллектуальной системы создания и генерации музыки, гарантируя, что контент будет прост для понимания и сопровождается примерами кода и необходимыми описаниями изображений.
Перед началом нам необходимо подготовить следующие инструменты и материалы:
pip install numpy pandas tensorflow keras music21
from music21 import converter, instrument, note, chord, stream
# Чтение MIDI-файлов
midi = converter.parse('path/to/midi/file.mid')
# Отображение партитуры MIDI-файла
midi.show('text')
# Извлечение нот и аккордов
notes = []
for element in midi.flat.notes:
if isinstance(element, note.Note):
notes.append(str(element.pitch))
elif isinstance(element, chord.Chord):
notes.append('.'.join(str(n) for n in element.normalOrder))
print(notes[:50])
Чтобы обучить модель глубокого обучения, нам необходимо преобразовать ноты и аккорды в формат, подходящий для ввода модели.
import numpy as np
from keras.utils import np_utils
# Создание сопоставления заметок с целыми числами
pitchnames = sorted(set(item for item in notes))
note_to_int = dict((note, number) for number, note in enumerate(pitchnames))
# Подготовьте данные для обучения
sequence_length = 100
network_input = []
network_output = []
for i in range(0, len(notes) - sequence_length):
seq_in = notes[i:i + sequence_length]
seq_out = notes[i + sequence_length]
network_input.append([note_to_int[char] for char in seq_in])
network_output.append(note_to_int[seq_out])
n_patterns = len(network_input)
# Преобразуйте входные данные в формат, подходящий для слоя LSTM.
network_input = np.reshape(network_input, (n_patterns, sequence_length, 1))
network_input = network_input / float(len(pitchnames))
network_output = np_utils.to_categorical(network_output)
print(network_input.shape)
print(network_output.shape)
Для построения модели мы будем использовать сеть LSTM (длинная краткосрочная память), поскольку она хорошо работает при обработке последовательных данных, таких как музыка.
from keras.models import Sequential
from keras.layers import LSTM, Dropout, Dense, Activation
from keras.callbacks import ModelCheckpoint
def build_model(network_input, n_vocab):
model = Sequential()
model.add(LSTM(256, input_shape=(network_input.shape[1], network_input.shape[2]), return_sequences=True))
model.add(Dropout(0.3))
model.add(LSTM(256, return_sequences=True))
model.add(Dropout(0.3))
model.add(LSTM(256))
model.add(Dropout(0.3))
model.add(Dense(256))
model.add(Dropout(0.3))
model.add(Dense(n_vocab))
model.add(Activation('softmax'))
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='rmsprop')
return model
model = build_model(network_input, len(pitchnames))
model.summary()
# Установите контрольные точки, чтобы сохранить лучшие модели
filepath = "weights-improvement-{epoch:02d}-{loss:.4f}.hdf5"
checkpoint = ModelCheckpoint(filepath, monitor='loss', verbose=1, save_best_only=True, mode='min')
callbacks_list = [checkpoint]
# Модель обучения
model.fit(network_input, network_output, epochs=200, batch_size=64, callbacks=callbacks_list)
После завершения обучения мы можем использовать модель для создания новой музыки.
# генерировать музыку
def generate_notes(model, network_input, pitchnames, n_vocab):
start = np.random.randint(0, len(network_input)-1)
int_to_note = dict((number, note) for number, note in enumerate(pitchnames))
pattern = network_input[start]
prediction_output = []
for note_index in range(500):
prediction_input = np.reshape(pattern, (1, len(pattern), 1))
prediction_input = prediction_input / float(n_vocab)
prediction = model.predict(prediction_input, verbose=0)
index = np.argmax(prediction)
result = int_to_note[index]
prediction_output.append(result)
pattern = np.append(pattern, index)
pattern = pattern[1:len(pattern)]
return prediction_output
# Преобразование сгенерированных нот в MIDI-файлы
def create_midi(prediction_output):
offset = 0
output_notes = []
for pattern in prediction_output:
if ('.' in pattern) or pattern.isdigit():
notes_in_chord = pattern.split('.')
notes = []
for current_note in notes_in_chord:
new_note = note.Note(int(current_note))
new_note.storedInstrument = instrument.Piano()
notes.append(new_note)
new_chord = chord.Chord(notes)
new_chord.offset = offset
output_notes.append(new_chord)
else:
new_note = note.Note(pattern)
new_note.offset = offset
new_note.storedInstrument = instrument.Piano()
output_notes.append(new_note)
offset += 0.5
midi_stream = stream.Stream(output_notes)
midi_stream.write('midi', fp='test_output.mid')
# Создание и сохранение музыки
prediction_output = generate_notes(model, network_input, pitchnames, len(pitchnames))
create_midi(prediction_output)
Чтобы сделать интеллектуальную систему создания и генерации музыки более практичной, мы можем расширить ее функции, такие как передача стилей, генерация в реальном времени и т. д.
# Используйте предварительную модель обучение передаче стиля
from keras.applications import VGG19
from keras.models import Model
# Загрузите предварительно обученную модель VGG19.
vgg = VGG19(include_top=False, weights='imagenet')
# Определить модель переноса стиля
def build_style_transfer_model(content_image, style_image):
content_layer = 'block5_conv2'
style_layers = ['block1_conv1', 'block2_conv1', 'block3_conv1', 'block4_conv1', 'block5_conv1']
content_model = Model(inputs=vgg.input, outputs=vgg.get_layer(content_layer).output)
style_models = [Model(inputs=vgg.input, outputs=vgg.get_layer(layer).output) for layer in style_layers]
return content_model, style_models
# Пример: перенос стиля
content_image = preprocess_image(cv2.imread('content_music.jpg'))
style_image = preprocess_image(cv2.imread('style_music.jpg'))
content_model, style_models = build_style_transfer_model(content_image, style_image)
print('Style Transfer Model Built')
# в реальном временигенерировать музыку
def real_time_music_generation(model, network_input, pitchnames, n_vocab):
start = np.random.randint(0, len(network_input)-1)
int_to_note = dict((number, note) for number, note in enumerate(pitchnames))
pattern = network_input[start]
prediction_output = []
for note_index in range(500):
prediction_input = np.reshape(pattern, (1, len(pattern), 1))
prediction_input = prediction_input / float(n_vocab)
prediction = model.predict(prediction_input, verbose=0)
index = np.argmax(prediction)
result = int_to_note[index]
prediction_output.append(result)
pattern = np.append(pattern, index)
pattern = pattern[1:len(pattern)]
# Воспроизведение сгенерированных заметок в реальном времени
play_generated_music(result)
return prediction_output
# Пример:в реальном временигенерировать музыку
real_time_music_generation(model, network_input, pitchnames, len(pitchnames))
Из этой статьи вы узнали, как использовать Python для реализации интеллектуальной системы создания и генерации музыки. От сбора данных и предварительной обработки, построения и обучения моделей глубокого обучения до создания музыки и расширения функций — каждый шаг имеет решающее значение. Я надеюсь, что эта статья поможет вам лучше понять и освоить основные методы интеллектуального создания музыки.