Generative Model

Diffusion Models from SDE 连续扩散模型 (Continuous Diffusion Models) 将传统的离散时间扩散过程扩展到连续时间域,可以被视为一个随机过程，使用随机微分方程(SDE)来描述。其前向过程可以写成如下形式： [公式] 其中， f(x,t) 可以看成偏移系数， g(t) 可以看成是扩散系数， dw 是标准布朗运动。这个SDE 描述了数据在连续时间域内如何被噪声逐渐破坏。 这个随机过程的逆向过程存在（更准确的描述：下面的逆向时间SDE具有与正向过程SDE相同的联合分布）为 [公式] 前面我们得到了扩散过程的逆向过程可以用一个SDE描述(逆向随机过程),事实上，存在一个确定性过程 (用ODE描述)也是它的逆向过程 (更准确的描述：这个ODE过程的在任...

💡 Score based generative model SMLD的关键点： 正式开始介绍之前首先解答一下这个问题：scorebased 模型是什么东西，微分方程在这个模型里到底有什么用？我们知道生成模型基本都是从某个现有的分布中进行采样得到生成的样本，为此模型需要完成对分布的建模。根据建模方式的不同可以分为隐式建模（例如 GAN、diffusion models）和显式建模（例如 VAE、normalizing flows）。和上述的模型相同，scorebased 模型也是用一定方式对分布进行了建模。具体而言，这类模型建模的对象是概率分布函数 log 的梯度，也就是 score function，而为了对这个建模对象进行学习，需要使用一种叫做 score matching 的技术，这也...

ControlNet应该算是2023年文生图领域最重要的工作，它让文生图模型Stable Diffusion实现了文本之外的可控生成，让AI绘画实现了质的飞跃。这篇文章我们将简单总结一下ControlNet技术细节。 模型设计 ControlNet的模型结构如下所示，这里是直接复制一份SD的上半部分：Encoder和中间的Middle Block。 ControlNet的输入和原始的SD一样，包括noisy latents、time embedding以及text embedding。除此之外，ControlNet还需要引入额外的condition，这个condition是和原图一样大小的图像，比如canny边界图或者人体骨架图。这里并没有像SD那样采用VAE对condition进行编码，而...

技术分析 从方法上来看，条件控制生成的方式分两种：事后修改（ClassifierGuidance）和事前训练（ClassifierFree）。 对于大多数人来说，一个SOTA级别的扩散模型训练成本太大了，而分类器（Classifier）的训练还能接受，所以就想着直接复用别人训练好的无条件扩散模型，用一个分类器来调整生成过程以实现控制生成，这就是事后修改的ClassifierGuidance方案；而对于“财大气粗”的Google、OpenAI等公司来说，它们不缺数据和算力，所以更倾向于往扩散模型的训练过程中就加入条件信号，达到更好的生成效果，这就是事前训练的ClassifierFree方案。 ClassifierGuidance方案最早出自《Diffusion Models Beat GANs...

DDPM 有一个非常明显的问题：采样过程很慢。因为 DDPM 的反向过程利用了马尔可夫假设，所以每次都必须在相邻的时间步之间进行去噪，而不能跳过中间步骤。原始论文使用了 1000 个时间步，所以我们在采样时也需要循环 1000 次去噪过程，这个过程是非常慢的。 为了加速 DDPM 的采样过程，DDIM 在不利用马尔可夫假设的情况下推导出了 diffusion 的反向过程，最终可以实现仅采样 20～100 步的情况下达到和 DDPM 采样 1000 步相近的生成效果，也就是提速 10～50 倍。这篇文章将对 DDIM 的理论进行讲解，并实现 DDIM 采样的代码。 DDPM 的反向过程 首先我们回顾一下 DDPM 反向过程的推导，为了推导出 [Math] 这个条件概率分布，DDPM 利用贝叶斯...

2022年中旬，以扩散模型为核心的图像生成模型将AI绘画带入了大众的视野。实际上，在更早的一年之前，就有了一个能根据文字生成高清图片的模型——VQGAN。VQGAN不仅本身具有强大的图像生成能力，更是传承了前作VQVAE把图像压缩成离散编码的思想，推广了「先压缩，再生成」的两阶段图像生成思路，启发了无数后续工作。 VQGAN 核心思想 VQGAN的论文名为 Taming Transformers for HighResolution Image Synthesis，直译过来是「驯服Transformer模型以实现高清图像合成」。可以看出，该方法是在用Transformer生成图像。可是，为什么这个模型叫做VQGAN，是一个GAN呢？这是因为，VQGAN使用了两阶段的图像生成方法： 训练时，先...

本文受启发于著名的国外博文《Wasserstein GAN and the KantorovichRubinstein Duality》，内容跟它大体上相同，但是删除了一些冗余的部分，对不够充分或者含糊不清的地方作了补充。 Wasserstein距离 显然，整篇文章必然围绕着Wasserstein距离（ [Math] 距离）来展开。假设我们有了两个概率分布 p(x),q(x) ，那么Wasserstein距离的定义为 [公式] 事实上，这也算是最优传输理论中最核心的定义了。 成本函数 首先 d(x,y) ，它不一定是距离，其准确含义应该是一个成本函数，代表着从 x 运输到 y 的成本。常用的 d 是基于 l 范数衍生出来的，比如 [公式] 都是常见的选择，其中 [公式] 特别指出，其实哪种距...

简介 生成对抗网络 (Generative Adversarial Network, GAN) 是由 Goodfellow 于 2014 年提出的一种对抗网络。这个网络框架包含两个部分，一个生成模型 (generative model) 和一个判别模型 (discriminative model)。其中，生成模型可以理解为一个伪造者，试图通过构造假的数据骗过判别模型的甄别；判别模型可以理解为一个警察，尽可能甄别数据是来自于真实样本还是伪造者构造的假数据。两个模型都通过不断的学习提高自己的能力，即生成模型希望生成更真的假数据骗过判别模型，而判别模型希望能学习如何更准确的识别生成模型的假数据。 网络框架 GAN 由两部分构成，一个生成器 (Generator) 和一个判别器 (Discrimin...

💡 原本随机采样的DDPM模型中，也隐含了一个确定性的采样过程DDIM，它的连续极限也是一个ODE。 细想上述过程，可以发现不管是“DDPM→DDIM”还是“SDE→ODE”，都是从随机采样模型过渡到确定性模型，而如果我们一开始的目标就是ODE，那么该过程未免显得有点“迂回”了。在本文中，笔者尝试给出ODE扩散模型的直接推导，并揭示了它与雅可比行列式、热传导方程等内容的联系。 Rectified Flow 理论推导 微分方程 像GAN这样的生成模型，它本质上是希望找到一个确定性变换，能将从简单分布（如标准正态分布）采样出来的随机变量，变换为特定数据分布的样本。flow模型也是生成模型之一，它的思路是反过来，先找到一个能将数据分布变换简单分布的可逆变换，再求解相应的逆变换来得到一个生成模型。 ...

背景 本文主要是《NICE: Nonlinear Independent Components Estimation》一文的介绍和实现。这篇文章也是glow这个模型的基础文章之一，可以说它就是glow的奠基石。 艰难的分布 众所周知，目前主流的生成模型包括VAE和GAN，但事实上除了这两个之外，还有基于flow的模型（flow可以直接翻译为“流”，它的概念我们后面再介绍）。事实上flow的历史和VAE、GAN它们一样悠久，但是flow却鲜为人知。在我看来，大概原因是flow找不到像GAN一样的诸如“造假者鉴别者”的直观解释吧，因为flow整体偏数学化，加上早期效果没有特别好但计算量又特别大，所以很难让人提起兴趣来。不过现在看来，OpenAI的这个好得让人惊叹的、基于flow的glow模型，估...

Normalizing flow（标准化流）是一类对概率分布进行建模的工具，它能完成简单的概率分布（例如高斯分布）和任意复杂分布之间的相互转换，经常被用于 data generation、density estimation、inpainting 等任务中，例如 Stability AI 提出的 Stable Diffusion 3 中用到的 rectified flow 就是 normalizing flow 的变体之一。 为了便于理解，在正式开始介绍之前先简要说明一下 normalizing flow 的做法。如上图所示，为了将一个高斯分布 z_0 转换为一个复杂的分布 z_K ，normalizing flow 会对初始的分布 z_0 进行多次可逆的变换，将其逐渐转换为 z_K 。由于...