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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 ( Discriminator )。对于生成器，我们需要学习关于数据 \(x\) 的一个分布 \(p_g\) ，首先定义一个输入数据的先验分布 \(p_z(z)\) ，其次定义一个映射 \(G \left(\boldsymbol{z}; \theta_g\right): \boldsymbol{z}...

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 \(z_K\) 。由于每一次变换都是可逆的，从 \(z_K\) 出发也能得到高斯分布 \(z_0\) 。这样，我们就实现了复杂分布与高斯分布之间的互相转换，从而能从简单的高斯分布建立任意复杂分布。 对 diffusion models 比较熟悉的读者可能已经发现了，这个过程和...

分布变换 通常我们会拿VAE跟GAN比较，的确，它们两个的目标基本是一致的——希望构建一个从隐变量 \(Z\) 生成目标数据 \(X\) 的模型，但是实现上有所不同。更准确地讲，它们是假设了 \(Z\) 服从某些常见的分布（比如正态分布或均匀分布），然后希望训练一个模型 \(X=g(Z)\) ，这个模型能够将原来的概率分布映射到训练集的概率分布，也就是说，它们的目的都是进行分布之间的变换。 生成模型的难题就是判断生成分布与真实分布的相似度，因为我们只知道两者的采样结果，不知道它们的分布表达式 那现在假设 \(Z\) 服从标准的正态分布，那么我就可以从中采样得到若干个 \(Z_1, Z_2, \dots, Z_n\) ，然后对它做变换得到 \(\hat{X}_1 = g(Z_1),\hat{X}_2 = g(Z_2),\dots,\hat{X}_n = g(Z_n)\) ，我们怎么判断这个通过 \(g\)...

研究对象与基本设定 我们希望学习一个能够“生成数据”的概率模型。假设我们有一个数据集 \(D\) ，每个样本是 \(n\) 维二值向量： \(x \in \{0,1\}^n\) 我们的目标是用一个参数化分布 \(p_\theta(x)\) 去逼近真实数据分布 \(p_{\text{data}}(x)\) ，并最终能够： 密度估计 ：给定 \(x\) 计算 \(p_\theta(x)\) 或 \(\log p_\theta(x)\) 采样生成 ：从 \(p_\theta(x)\) 采样得到新的 \(x\) 表示：链式法则与自回归分解 链式法则分解联合分布 任意联合分布都可用概率链式法则分解为条件概率的乘积： \[p(x) = \prod_{i=1}^{n} p(x_i \mid x_1, x_2, \dots, x_{i-1}) = \prod_{i=1}^{n} p(x_i \mid x_{<i})\] 其中： \(x_{<i} = [x_1, x_2, \dots, x_{i-1}]\) ，这意味着：只要我们能为每个维度 \(i\) 学好一个条件分布 \(p(x_i \mid...

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...

💡 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。 ...

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...

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...