建站哪个平台好,网站 建设 领导小组,农化网站建设,asp网站缺点Understanding Diffusion Models: A Unified Perspective#xff08;二#xff09;#xff1a;公式46的推导 文章概括要推导的公式1. 条件概率的定义2. 联合分布的分解2.1 联合分布的定义2.2 为什么可以这样分解#xff1f;2.3 具体意义 3. 分母的分解#xff1a;边际化规… Understanding Diffusion Models: A Unified Perspective二公式46的推导 文章概括要推导的公式1. 条件概率的定义2. 联合分布的分解2.1 联合分布的定义2.2 为什么可以这样分解2.3 具体意义 3. 分母的分解边际化规则4. 最终公式的推导5. 为什么分母可以表示为 q ( x t − 1 ∣ x 0 ) q(x_{t-1}|x_0) q(xt−1∣x0)6. 公式 (46) 的最终形式7. 逐步推导总结 文章概括
引用
article{luo2022understanding,title{Understanding diffusion models: A unified perspective},author{Luo, Calvin},journal{arXiv preprint arXiv:2208.11970},year{2022}
}Luo, C., 2022. Understanding diffusion models: A unified perspective. arXiv preprint arXiv:2208.11970.原文 https://arxiv.org/abs/2208.11970 代码、数据和视频https://arxiv.org/abs/2208.11970 文章解析原文 论文笔记六十三Understanding Diffusion Models: A Unified Perspective二
要推导的公式
目标是推导公式 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x 0 ) . (46) q(x_t|x_{t-1}, x_0) \frac{q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0)}{q(x_{t-1}|x_0)}. \tag{46} q(xt∣xt−1,x0)q(xt−1∣x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0).(46) 1. 条件概率的定义
条件概率的基本定义为 q ( A ∣ B ) q ( A ∩ B ) q ( B ) , 其中 q ( B ) 0. q(A|B) \frac{q(A \cap B)}{q(B)}, \quad \text{其中 } q(B) 0. q(A∣B)q(B)q(A∩B),其中 q(B)0. 对于多个条件的情况比如 ( q(A|B, C) )可以扩展为 q ( A ∣ B , C ) q ( A , B , C ) q ( B , C ) . q(A|B, C) \frac{q(A, B, C)}{q(B, C)}. q(A∣B,C)q(B,C)q(A,B,C).
在我们的目标公式中 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q(x_t|x_{t-1}, x_0) q(xt∣xt−1,x0) 表示在 x t − 1 x_{t-1} xt−1 和 x 0 x_0 x0 已知的条件下 x t x_t xt 的分布。因此 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 , x 0 ) . (1) q(x_t|x_{t-1}, x_0) \frac{q(x_t, x_{t-1}, x_0)}{q(x_{t-1}, x_0)}. \tag{1} q(xt∣xt−1,x0)q(xt−1,x0)q(xt,xt−1,x0).(1) 2. 联合分布的分解
我们需要分解联合分布 q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q(x_t, x_{t-1}, x_0) q(xt,xt−1,x0)。以下是基础逻辑
2.1 联合分布的定义
联合分布 q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q(x_t, x_{t-1}, x_0) q(xt,xt−1,x0) 表示 x t , x t − 1 , x 0 x_t, x_{t-1}, x_0 xt,xt−1,x0 同时发生的概率。根据 概率链式法则Chain Rule of Probability联合分布可以逐步分解为条件概率的乘积 q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) . (2) q(x_t, x_{t-1}, x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0). \tag{2} q(xt,xt−1,x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0).(2)
这一步基于条件概率的定义 q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(xt−1∣xt,x0)在 x t x_t xt 和 x 0 x_0 x0 已知的条件下 x t − 1 x_{t-1} xt−1 的分布。 q ( x t ∣ x 0 ) q(x_t|x_0) q(xt∣x0)在 x 0 x_0 x0 已知的情况下 x t x_t xt 的边际分布。
2.2 为什么可以这样分解
根据概率论的链式规则 q ( A , B , C ) q ( A ∣ B , C ) q ( B , C ) . q(A, B, C) q(A|B, C) q(B, C). q(A,B,C)q(A∣B,C)q(B,C). 在这里设 A x t − 1 A x_{t-1} Axt−1 B x t B x_t Bxt C x 0 C x_0 Cx0我们可以写成 q ( x t − 1 , x t , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t , x 0 ) . q(x_{t-1}, x_t, x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t, x_0). q(xt−1,xt,x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt,x0).
接着再对 q ( x t , x 0 ) q(x_t, x_0) q(xt,x0) 应用链式规则 q ( x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) q ( x 0 ) . q(x_t, x_0) q(x_t|x_0) q(x_0). q(xt,x0)q(xt∣x0)q(x0).
因此 q ( x t − 1 , x t , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) q ( x 0 ) . q(x_{t-1}, x_t, x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) q(x_0). q(xt−1,xt,x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0)q(x0).
在本问题中 q ( x 0 ) q(x_0) q(x0) 是常量不影响条件概率的形式所以我们可以简化为 q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) . q(x_t, x_{t-1}, x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0). q(xt,xt−1,x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0).
2.3 具体意义 分解的直观意义假设我们已经知道 x t x_t xt 和全局变量 x 0 x_0 x0 的值那么我们可以首先用 q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(xt−1∣xt,x0) 表示 x t − 1 x_{t-1} xt−1 的条件概率再用 q ( x t ∣ x 0 ) q(x_t|x_0) q(xt∣x0) 表示 x t x_t xt 的边际分布。 为什么分解成这两项 这是因为 q ( x t ∣ x 0 ) q(x_t|x_0) q(xt∣x0) 表示的是全局信息全局分布。而 q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(xt−1∣xt,x0) 捕捉的是局部的条件关系。 3. 分母的分解边际化规则
分母 q ( x t − 1 , x 0 ) q(x_{t-1}, x_0) q(xt−1,x0) 是 x t − 1 x_{t-1} xt−1 和 x 0 x_0 x0 的联合分布可以通过边际化 x t x_t xt 得到 q ( x t − 1 , x 0 ) ∫ q ( x t , x t − 1 , x 0 ) d x t . (4) q(x_{t-1}, x_0) \int q(x_t, x_{t-1}, x_0) dx_t. \tag{4} q(xt−1,x0)∫q(xt,xt−1,x0)dxt.(4)
将公式 (2) 中的分解 q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) q(x_t, x_{t-1}, x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) q(xt,xt−1,x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0) 代入公式 (4) q ( x t − 1 , x 0 ) ∫ q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) d x t . (5) q(x_{t-1}, x_0) \int q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) dx_t. \tag{5} q(xt−1,x0)∫q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0)dxt.(5) 4. 最终公式的推导
将公式 (5) 的分母代入公式 (3)得到 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) ∫ q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) d x t . q(x_t|x_{t-1}, x_0) \frac{q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0)}{\int q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) dx_t}. q(xt∣xt−1,x0)∫q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0)dxtq(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0).
现在我们需要注意的是
分子部分完全匹配公式 (46)。分母部分的归一化形式也与公式 (46) 一致。
为了便于理解分母中的积分项 ∫ q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) d x t \int q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) dx_t ∫q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0)dxt 在公式 (46) 中直接用 q ( x t − 1 ∣ x 0 ) q(x_{t-1}|x_0) q(xt−1∣x0) 表示。 5. 为什么分母可以表示为 q ( x t − 1 ∣ x 0 ) q(x_{t-1}|x_0) q(xt−1∣x0)
通过边际化定义 q ( x t − 1 ∣ x 0 ) ∫ q ( x t − 1 , x t ∣ x 0 ) d x t . q(x_{t-1}|x_0) \int q(x_{t-1}, x_t|x_0) dx_t. q(xt−1∣x0)∫q(xt−1,xt∣x0)dxt.
进一步分解 q ( x t − 1 , x t ∣ x 0 ) q(x_{t-1}, x_t|x_0) q(xt−1,xt∣x0) q ( x t − 1 , x t ∣ x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) . q(x_{t-1}, x_t|x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0). q(xt−1,xt∣x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0). 1. 条件概率的链式规则 根据条件概率的定义联合概率 q ( A , B ∣ C ) q(A, B|C) q(A,B∣C) 可以分解为 q ( A , B ∣ C ) q ( A ∣ B , C ) q ( B ∣ C ) . q(A, B|C) q(A|B, C) q(B|C). q(A,B∣C)q(A∣B,C)q(B∣C). 符号解释 q ( A , B ∣ C ) q(A, B|C) q(A,B∣C)表示在 C C C 已知的条件下事件 A A A 和 B B B 同时发生的概率。 q ( A ∣ B , C ) q(A|B, C) q(A∣B,C)表示在 B B B 和 C C C 已知的条件下事件 A A A 的条件概率。 q ( B ∣ C ) q(B|C) q(B∣C)表示在 C C C 已知的条件下事件 B B B 的条件概率。 代入后得到 q ( x t − 1 ∣ x 0 ) ∫ q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) d x t . q(x_{t-1}|x_0) \int q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) dx_t. q(xt−1∣x0)∫q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0)dxt.
因此分母 q ( x t − 1 ∣ x 0 ) q(x_{t-1}|x_0) q(xt−1∣x0) 确实是公式 (46) 中的形式。 6. 公式 (46) 的最终形式
结合以上推导公式 (46) 的最终形式是 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x 0 ) . q(x_t|x_{t-1}, x_0) \frac{q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0)}{q(x_{t-1}|x_0)}. q(xt∣xt−1,x0)q(xt−1∣x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0). 7. 逐步推导总结 从条件概率的定义出发 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 , x 0 ) . q(x_t|x_{t-1}, x_0) \frac{q(x_t, x_{t-1}, x_0)}{q(x_{t-1}, x_0)}. q(xt∣xt−1,x0)q(xt−1,x0)q(xt,xt−1,x0). 联合分布的分解 q ( x t , x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) . q(x_t, x_{t-1}, x_0) q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0). q(xt,xt−1,x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0). 分母的边际化 q ( x t − 1 , x 0 ) ∫ q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) d x t . q(x_{t-1}, x_0) \int q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0) dx_t. q(xt−1,x0)∫q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0)dxt. 最终公式的组合 q ( x t ∣ x t − 1 , x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x t , x 0 ) q ( x t ∣ x 0 ) q ( x t − 1 ∣ x 0 ) . q(x_t|x_{t-1}, x_0) \frac{q(x_{t-1}|x_t, x_0) q(x_t|x_0)}{q(x_{t-1}|x_0)}. q(xt∣xt−1,x0)q(xt−1∣x0)q(xt−1∣xt,x0)q(xt∣x0).
