数学基础
KL散度
- 描绘一个分布p和另一个分布q之间的偏离程度
- 当 p ( x ) = = q ( x ) p(x)==q(x) p(x)==q(x)时散度取得最小值
JS散度
- 另一种衡量两个概率分布相似性的方法
GAN
- 需要训练两个网络；损失来回波动，不好分辨，不容易收敛；可能会学到一些不希望学到的东西，即不好掌控
鉴别器D
- 预测给定的真实样本的概率，并区分真假样本
生成器G
- 通过学习数据分布，生成假样本以欺骗判别器获得一个高的数据分布，两个模型相互竞争，进行博弈，并相互进行改进。
Autoencoder
- Encoder: 将原始高维输入数据转化为低维，输入大小大于输出大小
- 编码器在处理过程中完成了数据的降维
- Decoder：从代码中恢复数据，可能居于越来越大的输出层。
VAE
- 其思想和其他自编码器模型不同，主要用到变分贝叶斯和图形模型
- VAE通过对Encoder对输入（我们这里以图片为输入）进行高效编码，然后由Decoder使用编码还原出图片，在理想情况下，还原输出的图片应该与原图片极相近。
Diffusion Model
- GAN因为使用对抗训练，训练不稳定，缺少多样性生成；VAE依赖于替代损失；流模型必须使用专门的体系结构来构造可逆转换
- 扩散模型受非平衡热力学启发，其定义了一个马尔可夫链，通过像数据中添加噪声，然后反向学习扩散过程，进而构造样本
Forward diffusion process
- 给定从真实数据中采样的数据点，并向样本中添加少量高斯噪声，产生一系列的有噪声的样本
- 随着t逐渐变大，数据样本逐渐失去可区分的特征，最终当T趋于无穷时， X T X_T XT等价于正态高斯分布
- 可以推出 x t x_t xt的推导公式，而当样本逐渐变得嘈杂时，更新步幅也随之变大
- 其中 a t = 1 − β t a_t=1-\beta_t at=1−βt, β \beta β逐渐变大，从0.0001到0.002之间，进而 α \alpha α也逐渐变小
- 可以看到 x t x_t xt的公式中 x t x_t xt与 x t − 1 x_{t-1} xt−1有关，同时再加上一点高斯分布噪音
- 同理， x t − 1 x_{t-1} xt−1也可以用 x t − 2 x_{t-2} xt−2表示出来，带入到 x t x_t xt的表达式中，得到红线部分 z 1 , z 2 z_1,z_2 z1,z2两个高斯分布噪音的相加
- 式子中对高斯分布乘上一个数，相当于对分布的方差进行变化，如果加减操作，相当于对分布的均值发生变化，因此可以发现二者的方差已经变化
- 相乘之后的分布仍服从高斯分布，因此二者可以做加法，新的分布还是高斯分布，只不过是方差相加
- 因此可以看出， x t x_t xt的分布和他的前t项相关，是其前t项连乘，这样就能做到直接得到加噪过程中任意一项的图像分布。
Reverse Process
- 反向过程即通过 x t x_t xt逐渐推出 x 0 x_0 x0的过程，通过使用贝叶斯公式可以完成这一过程，其中 q ( x t ∣ x t − 1 ) q(x_t|x_{t-1}) q(xt∣xt−1)为正向过程，已知， q ( x t − 1 ∣ ∣ x 0 ) q(x_{t-1|}|x_0) q(xt−1∣∣x0)也都已知
- 这里三个式子都是服从高斯分布，因此乘以一个数和加上一个数，分别改变其方差和均值，和前面的过程相同。
- 根据贝叶斯公式，需要将其中两项相乘，再除以第三项，因为这三项都服从正态分布，因此将他们做乘除即幂次相加减
参考资料
- B站强推！2023公认最通俗易的扩散模型【Diffusion】3小时入门到精通，比GAN
- 什么是扩散模型？
