Rumah >Peranti teknologi >AI >Model penyebaran meletup, ini adalah ulasan dan ringkasan pertama kertas Github
Ulasan ini (Model Penyebaran: Tinjauan Komprehensif Kaedah dan Aplikasi) datang daripada Ming-Hsuan Yang dari University of California & Penyelidikan Google, Cui Bin Laboratory of Peking University, CMU, UCLA, Montreal Mila Research Institute , dsb. Pasukan ini menjalankan ringkasan dan analisis komprehensif model resapan sedia ada buat kali pertama, bermula daripada klasifikasi terperinci algoritma model resapan, kaitannya dengan lima model generatif utama yang lain, dan aplikasinya dalam tujuh bidang utama, dan akhirnya dicadangkan Batasan sedia ada dan arah pembangunan masa depan model resapan dijelaskan.
Pautan artikel: https://arxiv.org/abs/2209.00796 Pautan github ringkasan klasifikasi kertas: https://github.com/YangLing0818/Diffusion-Models-Papers-Survey-Taxonomy
Model resapan ialah penjanaan mendalam SOTA baharu dalam model . Model resapan mengatasi SOTA asal: GAN dalam tugas penjanaan imej, dan mempunyai prestasi cemerlang dalam banyak bidang aplikasi, seperti penglihatan komputer, NLP, pemprosesan isyarat bentuk gelombang, pemodelan pelbagai mod, pemodelan graf molekul dan pemodelan siri masa , antagonis penyucian, dsb. Selain itu, model resapan berkait rapat dengan bidang penyelidikan lain, seperti pembelajaran teguh, pembelajaran perwakilan, dan pembelajaran pengukuhan. Walau bagaimanapun, model resapan asal juga mempunyai kekurangan Kelajuan pensampelannya adalah perlahan, biasanya memerlukan beribu-ribu langkah penilaian untuk membuat anggaran kebarangkalian maksimumnya tidak setanding dengan model berasaskan kemungkinan kurang berkemampuan. Pada masa kini, banyak kajian telah melakukan banyak usaha untuk menyelesaikan batasan di atas dari perspektif aplikasi praktikal, atau menganalisis keupayaan model dari perspektif teori.
Walau bagaimanapun, terdapat kekurangan semakan sistematik terhadap kemajuan terkini dalam model resapan daripada algoritma kepada aplikasi. Untuk mencerminkan kemajuan dalam bidang yang berkembang pesat ini, kami membentangkan tinjauan komprehensif pertama model penyebaran. Kami membayangkan bahawa kerja kami akan memberi penerangan tentang pertimbangan reka bentuk dan kaedah lanjutan model penyebaran, menunjukkan aplikasinya dalam bidang yang berbeza, dan menunjukkan arah penyelidikan masa depan. Ringkasan ulasan ini ditunjukkan dalam rajah di bawah:
Walaupun model penyebaran mempunyai prestasi hebat dalam pelbagai tugas Ia mempunyai prestasi cemerlang dalam kedua-dua model, tetapi ia masih mempunyai kelemahannya sendiri, dan banyak kajian telah menambah baik model resapan. Untuk menjelaskan secara sistematik kemajuan penyelidikan model resapan, kami meringkaskan tiga kelemahan utama model resapan asal, kelajuan pensampelan yang perlahan, kemungkinan pemaksimuman yang lemah, dan keupayaan generalisasi data yang lemah, dan dicadangkan untuk membahagikan penyelidikan penambahbaikan pada model resapan kepada yang sepadan. Tiga kategori: peningkatan kelajuan pensampelan, peningkatan kemungkinan maksimum dan peningkatan generalisasi data. Kami mula-mula menerangkan motivasi untuk penambahbaikan, dan kemudian mengklasifikasikan penyelidikan dalam setiap arah penambahbaikan mengikut ciri-ciri kaedah, supaya jelas menunjukkan hubungan dan perbezaan antara kaedah. Di sini kami hanya memilih beberapa kaedah penting sebagai contoh Setiap jenis kaedah diperkenalkan secara terperinci dalam kerja kami, seperti yang ditunjukkan dalam rajah:
Selepas. menganalisis tiga jenis model resapan, kami akan memperkenalkan lima lagi model generatif GAN, VAE, model Autoregressive, Aliran Normalisasi dan model berasaskan Tenaga. Memandangkan sifat cemerlang model resapan, penyelidik telah menggabungkan model resapan dengan model generatif lain mengikut ciri-cirinya Oleh itu, untuk menunjukkan lagi ciri dan kerja penambahbaikan model resapan, kami memperkenalkan secara terperinci gabungan resapan. model dan model generatif lain berfungsi dan menggambarkan penambahbaikan berbanding model generatif asal. Model resapan mempunyai prestasi cemerlang dalam banyak bidang, dan memandangkan model resapan mempunyai ubah bentuk yang berbeza dalam aplikasi dalam bidang yang berbeza, kami secara sistematik memperkenalkan penyelidikan aplikasi model resapan, termasuk bidang berikut: penglihatan komputer, NLP, Pemprosesan isyarat bentuk gelombang, pemodelan multimodal, pemodelan graf molekul, pemodelan siri masa, penulenan musuh.
Untuk setiap tugasan, kami mentakrifkan tugasan dan memperkenalkan kerja menggunakan model resapan untuk mengendalikan tugasan, Kami meringkaskan sumbangan utama kerja ini seperti berikut:
Isu teras dalam pemodelan generatif ialah pertukaran antara fleksibiliti model dan kebolehkiraan. Idea asas model resapan adalah untuk mengganggu pengedaran dalam data secara sistematik melalui proses resapan ke hadapan, dan kemudian memulihkan pengedaran data dengan mempelajari proses resapan terbalik, dengan itu menghasilkan yang sangat fleksibel dan mudah dikira. model generatif.
A.Denoising Diffusion Probabilistic Models (DDPM)
A DDPM terdiri daripada dua komposisi rantai Markov berparameter, dan menggunakan inferens variasi untuk menghasilkan sampel yang konsisten dengan pengagihan data asal selepas masa yang terhad. Fungsi rantaian hadapan adalah untuk mengganggu data Ia secara beransur-ansur menambah hingar Gaussian kepada data mengikut jadual hingar yang telah direka bentuk sehingga pengagihan data cenderung kepada pengagihan sebelumnya, iaitu, pengagihan Gaussian standard. Rantaian ke belakang bermula dari sebelumnya yang diberikan dan menggunakan kernel transformasi Gaussian berparameter, belajar untuk memulihkan pengedaran data asal secara beransur-ansur. Menggunakan untuk mewakili data asal dan pengedarannya, pengedaran rantai hadapan boleh dinyatakan dengan formula berikut:
Ini menunjukkan bahawa rantai hadapan ialah proses Markov, x_t ialah sampel selepas menambah t langkah hingar, dan β_t ialah parameter yang mengawal kemajuan hingar yang diberikan terlebih dahulu. Apabila cenderung kepada 1, x_T boleh kira-kira dianggap mematuhi taburan Gaussian standard. Apabila β_t kecil, isirong pemindahan proses terbalik boleh kira-kira dianggap sebagai Gaussian:
Kita boleh mempelajari sempadan bawah variasi sebagai fungsi kehilangan:
B.Model Generatif Berasaskan Skor (SGM)
Di atas DDPM boleh dianggap sebagai bentuk diskret SGM. SGM membina persamaan pembezaan stokastik (SDE) untuk mengganggu pengedaran data dengan lancar dan mengubah pengedaran data asal kepada pengedaran terdahulu yang diketahui:
dan SDE songsang sepadan untuk mengubah pengedaran terdahulu kembali kepada pengedaran data asal:
Jadi, untuk membalikkan proses resapan dan menjana data, satu-satunya maklumat yang kami perlukan ialah fungsi pecahan pada setiap titik masa. Menggunakan teknik pemadanan skor, kita boleh mempelajari fungsi skor melalui fungsi kehilangan berikut:
Pengenalan lanjut kepada kedua-dua kaedah dan hubungan antara mereka Lihat artikel kami untuk pengenalan.
Tiga kelemahan utama model resapan asal ialah kelajuan pensampelan yang perlahan, kemungkinan maksimum yang lemah dan keupayaan generalisasi data yang lemah. Banyak kajian terbaru telah menangani kelemahan ini, jadi kami mengklasifikasikan model resapan yang dipertingkatkan kepada tiga kategori: peningkatan kelajuan pensampelan, peningkatan kemungkinan maksimum dan peningkatan generalisasi data. Dalam tiga, empat dan lima bahagian seterusnya kami akan memperkenalkan ketiga-tiga jenis model ini secara terperinci.
Apabila digunakan, untuk mencapai kualiti terbaik bagi sampel baharu, model resapan selalunya memerlukan beribu-ribu langkah pengiraan untuk mendapatkan sampel baharu. sampel. Ini mengehadkan nilai aplikasi praktikal model resapan, kerana dalam aplikasi sebenar, kita selalunya perlu menjana sejumlah besar sampel baharu untuk menyediakan bahan untuk langkah pemprosesan seterusnya. Penyelidik telah menjalankan banyak penyelidikan untuk meningkatkan kelajuan pensampelan model resapan. Kami menerangkan kajian ini secara terperinci. Kami memperhalusinya kepada tiga kaedah: Pengoptimuman Diskretisasi, Proses Bukan Markovian dan Persampelan Separa.
A. Kaedah Pengoptimuman Diskretisasi Kaedah pengoptimuman untuk menyelesaikan SDE penyebaran. Oleh kerana menyelesaikan SDE kompleks dalam realiti hanya boleh menggunakan penyelesaian diskret untuk menganggarkan penyelesaian sebenar, kaedah jenis ini cuba mengoptimumkan kaedah pendiskretan SDE untuk mengurangkan bilangan langkah diskret sambil memastikan kualiti sampel. SGM mencadangkan kaedah umum untuk menyelesaikan proses terbalik, iaitu, kaedah pendiskretan yang sama diguna pakai untuk proses ke hadapan dan ke belakang. Jika SDE hadapan diberi pendiskretan:
maka kita boleh mendiskrisikan SDE songsang dengan cara yang sama:
Kaedah ini lebih baik sedikit daripada DDPM mudah. Tambahan pula, SGM menambah pembetul kepada penyelesai SDE supaya sampel yang dihasilkan pada setiap langkah mempunyai pengedaran yang betul. Pada setiap langkah penyelesaian, selepas penyelesai diberi sampel, pelurus menggunakan kaedah Markov rantai Monte Carlo untuk meluruskan pengedaran sampel yang baru dijana. Eksperimen menunjukkan bahawa menambah pembetul kepada penyelesai adalah lebih cekap daripada secara langsung meningkatkan bilangan langkah dalam penyelesai.
B.Proses Bukan Markovian Kaedah ini menembusi batasan Proses Markovian yang asal, dan kaedahnya proses terbalik Setiap langkah boleh bergantung pada lebih banyak sampel lepas untuk meramalkan sampel baharu, jadi ramalan yang lebih baik boleh dibuat walaupun saiz langkahnya besar, sekali gus mempercepatkan proses pensampelan. Kerja utama DDIM tidak lagi menganggap bahawa proses ke hadapan adalah proses Markov, tetapi mematuhi pengedaran berikut:
Proses pensampelan DDIM boleh Dirawat sebagai persamaan pembezaan tetap divine discretized, proses pensampelan adalah lebih cekap dan menyokong interpolasi sampel. Kajian lanjut mendapati bahawa DDIM boleh dianggap sebagai kes khas model penyebaran on-manifold PNDM. Kaedah
C.Pensampelan Separa mengabaikan sebahagian daripada nod masa dalam proses penjanaan dan hanya menggunakan bakinya Nod kali seterusnya digunakan untuk menjana sampel, yang secara langsung mengurangkan masa pensampelan. Contohnya, Penyulingan Progresif menyuling model resapan yang lebih cekap daripada model resapan terlatih. Untuk model resapan terlatih, Penyulingan Progresif akan melatih semula model resapan supaya satu langkah model resapan baharu sepadan dengan dua langkah model resapan terlatih, supaya model baharu dapat menjimatkan separuh daripada proses pensampelan model lama. Algoritma khusus adalah seperti berikut:
Mengitar proses penyulingan ini secara berterusan boleh mengurangkan langkah pensampelan secara eksponen.
Prestasi model resapan dalam anggaran kemungkinan maksimum adalah lebih teruk daripada model generatif berdasarkan fungsi kemungkinan, tetapi kebarangkalian maksimum anggaran mempunyai banyak kelebihan Senario aplikasi mempunyai kepentingan yang besar, seperti pemampatan imej, pembelajaran separa penyeliaan dan penulenan musuh. Memandangkan kemungkinan log sukar dikira secara langsung, penyelidikan tertumpu terutamanya pada pengoptimuman dan menganalisis sempadan bawah variasi (VLB). Kami menghuraikan model yang meningkatkan anggaran kemungkinan maksimum model resapan. Kami memperhalusinya kepada tiga kategori kaedah: Reka Bentuk Objektif, Pengoptimuman Jadual Kebisingan dan Varian Songsang Boleh Dipelajari.
A.Merancang Objektif Kaedah ini menggunakan SDE resapan untuk menyimpulkan kebarangkalian log dan fungsi pecahan bagi data yang dihasilkan Memadankan fungsi kehilangan. Dengan cara ini, dengan mereka bentuk fungsi kehilangan yang sesuai, VLB dan kemungkinan log boleh dimaksimumkan. Song et al membuktikan bahawa fungsi berat bagi fungsi kehilangan boleh direka bentuk supaya nilai fungsi kemungkinan sampel yang dihasilkan oleh SDE terbalik plug-in adalah kurang daripada atau sama dengan nilai fungsi kehilangan, iaitu fungsi kehilangan adalah. sempadan atas fungsi kemungkinan. Fungsi kehilangan untuk pemasangan fungsi pecahan adalah seperti berikut:
Kita hanya perlu menetapkan fungsi berat λ(t) kepada pekali resapan g( t) Biarkan fungsi kerugian menjadi VLB bagi fungsi kemungkinan, iaitu:
B.Pengoptimuman Jadual Bunyi Meningkatkan VLB dengan mereka bentuk atau mempelajari kemajuan bising proses ke hadapan. VDM membuktikan bahawa apabila langkah diskret menghampiri infiniti, fungsi kehilangan ditentukan sepenuhnya oleh titik akhir fungsi nisbah isyarat-ke-bunyi SNR(t):
Kemudian dalam Apabila langkah diskret menghampiri infiniti, VLB boleh dioptimumkan dengan mempelajari titik akhir fungsi nisbah isyarat-ke-bunyi SNR(t), dan aspek lain model boleh dipertingkatkan dengan mempelajari nilai fungsi di bahagian tengah fungsi nisbah isyarat-ke-bunyi.
C.Belajar Reverse Variance Kaedah ini mempelajari varians proses songsang, dengan itu mengurangkan ralat pemasangan dan boleh memaksimumkan VLB dengan berkesan. Analitik-DPM membuktikan bahawa terdapat jangkaan dan varians optimum dalam proses songsang dalam DDPM dan DDIM:
Gunakan formula di atas dan terlatih Untuk fungsi pecahan, di bawah syarat-syarat proses ke hadapan yang diberikan, VLB optimum boleh dicapai lebih kurang.
Model resapan menganggap bahawa data wujud dalam ruang Euclidean, iaitu, manifold dengan geometri satah, dan menambah hingar Gaussian tidak dapat dielakkan. data ke dalam ruang keadaan berterusan, jadi model resapan pada mulanya hanya boleh mengendalikan data berterusan seperti gambar, dan kesan penggunaan terus data diskret atau jenis data lain adalah lemah. Ini mengehadkan senario aplikasi model resapan. Beberapa kerja penyelidikan menyamaratakan model resapan kepada jenis data lain, dan kami menggambarkan kaedah ini secara terperinci. Kami mengklasifikasikannya kepada dua jenis kaedah: Penyatuan Ruang Ciri dan Inti Peralihan Bergantung kepada Data. Kaedah
A.Penyatuan Ruang Ciri menukar data kepada bentuk ruang terpendam bersatu, dan kemudian ruang terpendam tersebar pada. LSGM mencadangkan untuk menukar data kepada ruang terpendam berterusan melalui rangka kerja VAE dan kemudian meresapkannya padanya. Kesukaran kaedah ini ialah bagaimana melatih VAE dan model resapan pada masa yang sama. LSGM menunjukkan bahawa memandangkan pendasar pendasar sukar dikawal, kerugian padanan pecahan tidak lagi terpakai. LSGM secara langsung menggunakan fungsi kehilangan tradisional ELBO dalam VAE sebagai fungsi kehilangan, dan memperoleh hubungan antara ELBO dan padanan skor:
Formula ini berlaku jika pemalar diabaikan. Dengan meparameterkan fungsi pecahan sampel dalam proses resapan, LSGM boleh mempelajari dan mengoptimumkan ELBO dengan cekap.
B.Data-Dependant Transition Kernels Kaedah mereka bentuk inti peralihan dalam proses resapan mengikut ciri jenis data , membenarkan model resapan digunakan secara langsung pada jenis data tertentu. D3PM telah mereka bentuk kernel peralihan untuk data diskret, yang boleh ditetapkan kepada keadaan berjalan rawak malas, menyerap, dsb. GEODIFF mereka bentuk rangkaian neural graf invarian pusingan terjemahan untuk data graf molekul 3D, dan membuktikan bahawa taburan awal invarian dan inti peralihan boleh memperoleh taburan marginal invarian. Katakan T ialah penjelmaan putaran terjemahan, seperti:
Kemudian taburan sampel yang dijana juga mempunyai invarian putaran terjemahan:
Hubungan dengan model generatif lain Dalam setiap subseksyen di bawah, kami mula-mula memperkenalkan lima jenis model generatif penting yang lain dan menganalisis Kelebihan dan Hadnya. Kami kemudiannya memperkenalkan cara model resapan berkaitan dengannya dan menggambarkan cara model generatif ini boleh dipertingkatkan dengan menggabungkan model resapan. Hubungan antara VAE, GAN, model Autoregresif, Aliran normalisasi, Model berasaskan tenaga dan model resapan ditunjukkan dalam rajah di bawah:
Dalam bahagian ini, kami memperkenalkan aplikasi model resapan dalam penglihatan komputer, pemprosesan bahasa semula jadi, pemprosesan isyarat bentuk gelombang dan pelbagai -mod. Aplikasi dalam tujuh arah aplikasi utama, termasuk pembelajaran dinamik, penjanaan graf molekul, siri masa, dan pembelajaran lawan, dan kaedah dalam setiap jenis aplikasi dibahagikan dan dianalisis. Contohnya, dalam penglihatan komputer, model resapan boleh digunakan untuk penyiapan dan pembaikan imej (RePaint):
Model resapan boleh digunakan untuk penjanaan teks ke imej (GLIDE) dalam tugasan berbilang modal:
Anda boleh juga Gunakan model resapan untuk menjana molekul dadah dan molekul protein dalam penjanaan graf molekul (GeoDiff):
Ringkasan klasifikasi aplikasi ditunjukkan dalam jadual:
Atas ialah kandungan terperinci Model penyebaran meletup, ini adalah ulasan dan ringkasan pertama kertas Github. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!