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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...

精巧的flow 不得不说，flow模型是一个在设计上非常精巧的模型。总的来看，flow就是想办法得到一个encoder将输入 𝑥 编码为隐变量 𝑧，并且使得 𝑧 服从标准正态分布。得益于flow模型的精巧设计，这个encoder是可逆的，从而我们可以立马从encoder写出相应的decoder（生成器）出来，因此，只要encoder训练完成，我们就能同时得到decoder，完成生成模型的构建。 为了完成这个构思，不仅仅要使得模型可逆，还要使得对应的雅可比行列式容易计算，为此，NICE提出了加性耦合层，通过多个加性耦合层的堆叠，使得模型既具有强大的拟合能力，又具有单位雅可比行列式。就这样，一种不同于VAE和GAN的生成模型——flow模型就这样出来了，它通过巧妙的构造，让我们能直接去拟合概率分...

💡 Flowbased Models Normalizing Flow Normalizing Flow 是一种基于变换对概率分布进行建模的模型，其通过一系列离散且可逆的变换实现任意分布与先验分布（例如标准高斯分布）之间的相互转换。在 Normalizing Flow 训练完成后，就可以直接从高斯分布中进行采样，并通过逆变换得到原始分布中的样本，实现生成的过程。（有关 Normalizing Flow 的详细理论） 从这个角度看，Normalizing Flow 和 Diffusion Model 是有一些相通的，其做法的对比如下表所示。从表中可以看到，两者大致的过程是非常类似的，尽管依然有些地方不一样，但这两者应该可以通过一定的方法得到一个比较统一的表示。 Continuous Norma...

简介 作为一个自编码器，VQVAE的一个明显特征是它编码出的编码向量是离散的，换句话说，它最后得到的编码向量的每个元素都是一个整数，这也就是“Quantised”的含义，我们可以称之为“量子化”（跟量子力学的“量子”一样，都包含离散化的意思）。 明明整个模型都是连续的、可导的，但最终得到的编码向量却是离散的，并且重构效果看起来还很清晰（如文章开头的图），这至少意味着VQVAE会包含一些有意思、有价值的技巧，值得我们学习一番。 首先，VQVAE其实就是一个AE（自编码器）而不是VAE（变分自编码器），我不知道作者出于什么目的非得用概率的语言来沾VAE的边，这明显加大了读懂这篇论文的难度。其次，VQVAE的核心步骤之一是StraightThrough Estimator，这是将引变量离散化后的优...

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...

SD模型原理 SD是CompVis、Stability AI和LAION等公司研发的一个文生图模型，它的模型和代码是开源的，而且训练数据LAION5B也是开源的。SD在开源90天github仓库就收获了33K的stars，可见这个模型是多受欢迎。 SD是一个基于latent的扩散模型，它在UNet中引入text condition来实现基于文本生成图像。SD的核心来源于Latent Diffusion这个工作，常规的扩散模型是基于pixel的生成模型，而Latent Diffusion是基于latent的生成模型，它先采用一个autoencoder将图像压缩到latent空间，然后用扩散模型来生成图像的latents，最后送入autoencoder的decoder模块就可以得到生成的图像。 ...