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扩散模型教程

Diffusion Models: From Theory to Practice

欢迎来到扩散模型教程!本教程将带你从基础理论逐步深入到实际应用,帮助你全面理解和掌握扩散模型这一强大的生成模型技术。

每个章节包含:

前置知识要求

本教程假设读者已具备以下基础知识:

如果对某些概念不熟悉,建议先补充相关知识再开始学习。附录部分提供了部分高级数学概念的速成指南。

课程章节

第1章:扩散模型导论

已完成

介绍扩散模型的基本概念、历史发展、与其他生成模型的比较,以及前向扩散过程的数学基础。

第2章:神经网络架构:U-Net与ViT

已完成

探索去噪网络的历史发展,从医学图像分割到生成模型,深入理解U-Net架构演进和Vision Transformer的崛起。

第3章:去噪扩散概率模型 (DDPM)

已完成

深入理解DDPM的核心原理,包括前向过程、反向过程、变分下界推导、训练算法和完整实现。

第4章:基于分数的生成模型

已完成

探索score matching和Langevin dynamics,理解扩散模型与分数函数的深层联系。

第5章:连续时间扩散模型 (PDE/SDE)

已完成

从随机微分方程(SDE)和偏微分方程(PDE)角度理解扩散模型,包括概率流ODE、Fokker-Planck方程等连续时间框架。

第6章:流匹配 (Flow Matching)

已完成

连续正则化流、最优传输视角、与扩散模型的联系。

第7章:扩散Transformer (DiT)

已完成

Diffusion Transformer架构、与U-Net的对比、可扩展性分析。

第8章:采样算法与加速技术

已完成

学习DDIM、DPM-Solver等快速采样方法,以及如何优化生成质量与速度的平衡。

第9章:条件生成与引导技术

已完成

掌握classifier guidance、classifier-free guidance等条件生成技术,实现可控生成。

第10章:潜在扩散模型 (LDM)

已完成

理解Stable Diffusion的架构,学习如何在潜在空间中进行高效的扩散建模。

第11章:视频扩散模型

已完成

时序建模、3D U-Net、视频生成的挑战与方法。

第12章:文本扩散模型

已完成

探索离散域上的扩散模型,包括D3PM、Diffusion-LM等文本生成方法,以及embedding空间的扩散技术。

第13章:扩散模型的应用

已完成

探索图像生成、图像编辑、超分辨率、3D生成等实际应用场景。

第14章:前沿研究与未来方向

已完成

了解最新研究进展,包括一致性模型、扩散模型的未来发展趋势。

附录

附录A:测度论与随机过程速成

已完成

为第5章PDE/SDE内容提供数学基础,包括σ-代数、测度、布朗运动等核心概念。

附录B:倒向随机微分方程 (BSDE) 速成

已完成

理解扩散模型反向过程的数学工具,包括BSDE基本理论、Feynman-Kac公式等。

附录C:信息几何与分数函数的力学解释

已完成

从信息几何角度理解扩散模型,揭示分数函数作为”力”的物理意义,建立与能量优化的联系。