扩散模型实战(四):从零构建扩散模型
推荐阅读列表:
扩散模型实战(一):基本原理介绍
扩散模型实战(二):扩散模型的发展
扩散模型实战(三):扩散模型的应用
本文以MNIST数据集为例,从零构建扩散模型,具体会涉及到如下知识点:
- 退化过程(向数据中添加噪声)
- 构建一个简单的UNet模型
- 训练扩散模型
- 采样过程分析
下面介绍具体的实现过程:
一、环境配置&python包的导入
最好有GPU环境,比如公司的GPU集群或者Google Colab,下面是代码实现:
# 安装diffusers库!pip install -q diffusers# 导入所需要的包import torchimport torchvisionfrom torch import nnfrom torch.nn import functional as Ffrom torch.utils.data import DataLoaderfrom diffusers import DDPMScheduler, UNet2DModelfrom matplotlib import pyplot as pltdevice = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")print(f'Using device: {device}')
# 输出Using device: cuda
此时会输出运行环境是GPU还是CPU
二、加载MNIST数据集
MNIST数据集是一个小数据集,存储的是0-9手写数字字体,每张图片都28X28的灰度图片,每个像素的取值范围是[0,1],下面加载该数据集,并展示部分数据:
dataset = torchvision.datasets.MNIST(root="mnist/", train=True, download=True, transform=torchvision.transforms.ToTensor())train_dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=8, shuffle=True)x, y = next(iter(train_dataloader))print('Input shape:', x.shape)print('Labels:', y)plt.imshow(torchvision.utils.make_grid(x)[0], cmap='Greys');
# 输出Input shape: torch.Size([8, 1, 28, 28])Labels: tensor([7, 8, 4, 2, 3, 6, 0, 2])

三、扩散模型的退化过程
所谓退化过程,其实就是对输入数据加入噪声的过程,由于MNIST数据集的像素范围在[0,1],那么我们加入噪声也需要保持在相同的范围,这样我们可以很容易的把输入数据与噪声进行混合,代码如下:
def corrupt(x, amount):"""Corrupt the input `x` by mixing it with noise according to `amount`"""noise = torch.rand_like(x)amount = amount.view(-1, 1, 1, 1) # Sort shape so broadcasting worksreturn x*(1-amount) + noise*amount
接下来,我们看一下逐步加噪的效果,代码如下:
# Plotting the input datafig, axs = plt.subplots(2, 1, figsize=(12, 5))axs[0].set_title('Input data')axs[0].imshow(torchvision.utils.make_grid(x)[0], cmap='Greys')# Adding noiseamount = torch.linspace(0, 1, x.shape[0]) # Left to right -> more corruptionnoised_x = corrupt(x, amount)# Plottinf the noised versionaxs[1].set_title('Corrupted data (-- amount increases -->)')axs[1].imshow(torchvision.utils.make_grid(noised_x)[0], cmap='Greys');

从上图可以看出,从左到右加入的噪声逐步增多,当噪声量接近1时,数据看起来像纯粹的随机噪声。
四、构建一个简单的UNet模型
UNet模型与自编码器有异曲同工之妙,UNet最初是用于完成医学图像中分割任务的,网络结构如下所示:

代码如下:
class BasicUNet(nn.Module):"""A minimal UNet implementation."""def __init__(self, in_channels=1, out_channels=1):super().__init__()self.down_layers = torch.nn.ModuleList([nn.Conv2d(in_channels, 32, kernel_size=5, padding=2),nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=5, padding=2),nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=5, padding=2),])self.up_layers = torch.nn.ModuleList([nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=5, padding=2),nn.Conv2d(64, 32, kernel_size=5, padding=2),nn.Conv2d(32, out_channels, kernel_size=5, padding=2),])self.act = nn.SiLU() # The activation functionself.downscale = nn.MaxPool2d(2)self.upscale = nn.Upsample(scale_factor=2)def forward(self, x):h = []for i, l in enumerate(self.down_layers):x = self.act(l(x)) # Through the layer and the activation functionif i < 2: # For all but the third (final) down layer:h.append(x) # Storing output for skip connectionx = self.downscale(x) # Downscale ready for the next layerfor i, l in enumerate(self.up_layers):if i > 0: # For all except the first up layerx = self.upscale(x) # Upscalex += h.pop() # Fetching stored output (skip connection)x = self.act(l(x)) # Through the layer and the activation functionreturn x
我们来检验一下模型输入输出的shape变化是否符合预期,代码如下:
net = BasicUNet()x = torch.rand(8, 1, 28, 28)net(x).shape
# 输出torch.Size([8, 1, 28, 28])
再来看一下模型的参数量,代码如下:
sum([p.numel() for p in net.parameters()])
# 输出309057
至此,已经完成数据加载和UNet模型构建,当然UNet模型的结构可以有不同的设计。
五、扩散模型训练
扩散模型应该学习什么?其实有很多不同的目标,比如学习噪声,我们先以一个简单的例子开始,输入数据为带噪声的MNIST数据,扩散模型应该输出对应的最佳数字预测,因此学习的目标是预测值与真实值的MSE,训练代码如下:
# Dataloader (you can mess with batch size)batch_size = 128train_dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)# How many runs through the data should we do?n_epochs = 3# Create the networknet = BasicUNet()net.to(device)# Our loss finctionloss_fn = nn.MSELoss()# The optimizeropt = torch.optim.Adam(net.parameters(), lr=1e-3)# Keeping a record of the losses for later viewinglosses = []# The training loopfor epoch in range(n_epochs):for x, y in train_dataloader:# Get some data and prepare the corrupted versionx = x.to(device) # Data on the GPUnoise_amount = torch.rand(x.shape[0]).to(device) # Pick random noise amountsnoisy_x = corrupt(x, noise_amount) # Create our noisy x# Get the model predictionpred = net(noisy_x)# Calculate the lossloss = loss_fn(pred, x) # How close is the output to the true 'clean' x?# Backprop and update the params:opt.zero_grad()loss.backward()opt.step()# Store the loss for laterlosses.append(loss.item())# Print our the average of the loss values for this epoch:avg_loss = sum(losses[-len(train_dataloader):])/len(train_dataloader)print(f'Finished epoch {epoch}. Average loss for this epoch: {avg_loss:05f}')# View the loss curveplt.plot(losses)plt.ylim(0, 0.1);
# 输出Finished epoch 0. Average loss for this epoch: 0.024689Finished epoch 1. Average loss for this epoch: 0.019226Finished epoch 2. Average loss for this epoch: 0.017939
训练过程的loss曲线如下图所示:

六、扩散模型效果评估
我们选取一部分数据来评估一下模型的预测效果,代码如下:
#@markdown Visualizing model predictions on noisy inputs:# Fetch some datax, y = next(iter(train_dataloader))x = x[:8] # Only using the first 8 for easy plotting# Corrupt with a range of amountsamount = torch.linspace(0, 1, x.shape[0]) # Left to right -> more corruptionnoised_x = corrupt(x, amount)# Get the model predictionswith torch.no_grad():preds = net(noised_x.to(device)).detach().cpu()# Plotfig, axs = plt.subplots(3, 1, figsize=(12, 7))axs[0].set_title('Input data')axs[0].imshow(torchvision.utils.make_grid(x)[0].clip(0, 1), cmap='Greys')axs[1].set_title('Corrupted data')axs[1].imshow(torchvision.utils.make_grid(noised_x)[0].clip(0, 1), cmap='Greys')axs[2].set_title('Network Predictions')axs[2].imshow(torchvision.utils.make_grid(preds)[0].clip(0, 1), cmap='Greys');

从上图可以看出,对于噪声量较低的输入,模型的预测效果是很不错的,当amount=1时,模型的输出接近整个数据集的均值,这正是扩散模型的工作原理。
Note:我们的训练并不太充分,读者可以尝试不同的超参数来优化模型。
相关文章:
扩散模型实战(四):从零构建扩散模型
推荐阅读列表: 扩散模型实战(一):基本原理介绍 扩散模型实战(二):扩散模型的发展 扩散模型实战(三):扩散模型的应用 本文以MNIST数据集为例,从…...
YOLOv5、YOLOv8改进:S2注意力机制
目录 1.简介 2.YOLOv5改进 2.1增加以下S2-MLPv2.yaml文件 2.2common.py配置 2.3yolo.py配置 1.简介 S2-MLPv2注意力机制 最近,出现了基于 MLP 的视觉主干。与 CNN 和视觉Transformer相比,基于 MLP 的视觉架构具有较少的归纳偏差,在图像识…...
LeetCode 542. 01 Matrix【多源BFS】中等
本文属于「征服LeetCode」系列文章之一,这一系列正式开始于2021/08/12。由于LeetCode上部分题目有锁,本系列将至少持续到刷完所有无锁题之日为止;由于LeetCode还在不断地创建新题,本系列的终止日期可能是永远。在这一系列刷题文章…...
使用open cv进行角度测量
使用open cv进行角度测量 用了一点初中数学的知识,准确度,跟鼠标点的准不准有关系,话不多说直接上代码 import cv2 import mathpath "test.jpg" img cv2.imread(path) pointsList []def mousePoint(event, x, y, flags, param…...
java 线程池实现多线程处理list数据
newFixedThreadPool线程池实现多线程 List<PackageAgreementEntity> entityList new CopyOnWriteArrayList<>();//多线程 10个线程//int threadNum 10;int listSize 300;List<List<PackageAgreementDto>> splitData Lists.partition(packageAgre…...
Centos安装Docker
Centos安装 Docker 从 2017 年 3 月开始 docker 在原来的基础上分为两个分支版本: Docker CE 和 Docker EE。 Docker CE 即社区免费版,Docker EE 即企业版,强调安全,但需付费使用。 本文介绍 Docker CE 的安装使用。 移除旧的版本&#x…...
Unity启动项目无反应的解决
文章首发见博客:https://mwhls.top/4803.html。 无图/格式错误/后续更新请见首发页。 更多更新请到mwhls.top查看 欢迎留言提问或批评建议,私信不回。 摘要:通过退还并重新载入许可证以解决Unity项目启动无反应问题。 场景 Unity Hub启动项目…...
2.3 opensbi: riscv: opensbi源码解析
文章目录 3. sbi_init()函数4. init_coldboot()函数4.1 sbi_scratch_init()函数4.2 sbi_domain_init()函数4.3 sbi_scratch_alloc_offset()函数4.4 sbi_hsm_init()函数4.5 sbi_platform_early_init()函数3. sbi_init()函数 函数位置:lib/sbi/sbi_init.c函数参数:scratch为每个…...
点破ResNet残差网络的精髓
卷积神经网络在实际训练过程中,不可避免会遇到一个问题:随着网络层数的增加,模型会发生退化。 换句话说,并不是网络层数越多越好,为什么会这样? 不是说网络越深,提取的特征越多ÿ…...
Ubuntu服务器service版本初始化
下载 下载路径 官网:https://cn.ubuntu.com/ 下载路径:https://cn.ubuntu.com/download 服务器:https://cn.ubuntu.com/download/server/step1 点击下载(22.04.3):https://cn.ubuntu.com/download/server…...
re学习(33)攻防世界-secret-galaxy-300(脑洞题)
下载压缩包: 下载链接:https://adworld.xctf.org.cn/challenges/list 参考文章:攻防世界逆向高手题之secret-galaxy-300_沐一 林的博客-CSDN博客 发现这只是三个同一类型文件的三个不同版本而已,一个windows32位exe࿰…...
Mybatis Plus中使用LambdaQueryWrapper进行分页以及模糊查询对比传统XML方式进行分页
传统的XML分页以及模糊查询操作 传统的XML方式只能使用limit以及offset进行分页,通过判断name和bindState是否为空,不为空则拼接条件。 List<SanitationCompanyStaff> getSanitationStaffInfo(Param("name") String name,Param("bi…...
vue中push和resolve的区别
import { useRouter } from vue-router;const routeuseRouter()route.push({path:/test,query:{name:1}})import { useRouter } from vue-router;const routeuseRouter()const urlroute.resolve({path:/test,query:{name:1}})window.open(url.href)比较上述代码会发现,resolve能…...
详解RFC 3550文档-1
1. 介绍 rfc 3550描述了实时传输协议RTP。RTP提供端到端的网络传输功能,适用于通过组播或单播网络服务传输实时数据(如音频、视频或仿真数据)的应用。 TP本身不提供任何机制来确保及时交付或提供其他服务质量保证,而是依赖于较低层的服务来完成这些工作。它不保证传输或防止…...
Go 与 Rust
目录 1. Go 与 Rust 1. Go 与 Rust 一位挺 Rust 的网友说道: “我也为这个选择烦恼了很久。最终 Rust 胜出了。首先, 我感觉 Rust 更接近于以前 Pascal 时代的东西, 你可以控制一切; 其次, 如果 wasm 和相关技术大爆发, Rust 将是一个更安全的选择; 然后, 我们已经有了 Python…...
Android Studio实现读取本地相册文件并展示
目录 原文链接效果 代码activity_main.xmlMainActivity 原文链接 效果 代码 activity_main.xml 需要有一个按钮和image来展示图片 <?xml version"1.0" encoding"utf-8"?> <LinearLayout xmlns:android"http://schemas.android.com/apk…...
python的全局解释锁(GIL)
一、介绍 全局解释锁(Global Interpreter Lock,GIL)是在某些编程语言的解释器中使用的一种机制。在Python中,GIL是为了保证解释器线程安全而引入的。 GIL的作用是在解释器的执行过程中,确保同一时间只有一个线程可以…...
小程序swiper一个轮播显示一个半内容且实现无缝滚动
效果图: wxml(无缝滚动:circular"true"): <!--components/tool_version/tool_version.wxml--> <view class"tool-version"><swiper class"tool-version-swiper" circul…...
【自然语言处理】关系抽取 —— SimpleRE 讲解
SimpleRE 论文信息 标题:An Embarrassingly Simple Model for Dialogue Relation Extraction 作者:Fuzhao Xue 期刊:ICASSP 2022 发布时间与更新时间:2020.12.27 2022.01.25 主题:自然语言处理、关系抽取、对话场景、BERT arXiv:[2012.13873] An Embarrassingly Simple M…...
【O2O领域】Axure外卖订餐骑手端APP原型图,外卖众包配送原型设计图
作品概况 页面数量:共 110 页 兼容软件:Axure RP 9/10,不支持低版本 应用领域:外卖配送、生鲜配送 作品申明:页面内容仅用于功能演示,无实际功能 作品特色 本品为外卖订餐骑手端APP原型设计图&#x…...
C++实现分布式网络通信框架RPC(3)--rpc调用端
目录 一、前言 二、UserServiceRpc_Stub 三、 CallMethod方法的重写 头文件 实现 四、rpc调用端的调用 实现 五、 google::protobuf::RpcController *controller 头文件 实现 六、总结 一、前言 在前边的文章中,我们已经大致实现了rpc服务端的各项功能代…...
linux 下常用变更-8
1、删除普通用户 查询用户初始UID和GIDls -l /home/ ###家目录中查看UID cat /etc/group ###此文件查看GID删除用户1.编辑文件 /etc/passwd 找到对应的行,YW343:x:0:0::/home/YW343:/bin/bash 2.将标红的位置修改为用户对应初始UID和GID: YW3…...
解决本地部署 SmolVLM2 大语言模型运行 flash-attn 报错
出现的问题 安装 flash-attn 会一直卡在 build 那一步或者运行报错 解决办法 是因为你安装的 flash-attn 版本没有对应上,所以报错,到 https://github.com/Dao-AILab/flash-attention/releases 下载对应版本,cu、torch、cp 的版本一定要对…...
拉力测试cuda pytorch 把 4070显卡拉满
import torch import timedef stress_test_gpu(matrix_size16384, duration300):"""对GPU进行压力测试,通过持续的矩阵乘法来最大化GPU利用率参数:matrix_size: 矩阵维度大小,增大可提高计算复杂度duration: 测试持续时间(秒&…...
Python+ZeroMQ实战:智能车辆状态监控与模拟模式自动切换
目录 关键点 技术实现1 技术实现2 摘要: 本文将介绍如何利用Python和ZeroMQ消息队列构建一个智能车辆状态监控系统。系统能够根据时间策略自动切换驾驶模式(自动驾驶、人工驾驶、远程驾驶、主动安全),并通过实时消息推送更新车…...
C++ 设计模式 《小明的奶茶加料风波》
👨🎓 模式名称:装饰器模式(Decorator Pattern) 👦 小明最近上线了校园奶茶配送功能,业务火爆,大家都在加料: 有的同学要加波霸 🟤,有的要加椰果…...
windows系统MySQL安装文档
概览:本文讨论了MySQL的安装、使用过程中涉及的解压、配置、初始化、注册服务、启动、修改密码、登录、退出以及卸载等相关内容,为学习者提供全面的操作指导。关键要点包括: 解压 :下载完成后解压压缩包,得到MySQL 8.…...
Kafka主题运维全指南:从基础配置到故障处理
#作者:张桐瑞 文章目录 主题日常管理1. 修改主题分区。2. 修改主题级别参数。3. 变更副本数。4. 修改主题限速。5.主题分区迁移。6. 常见主题错误处理常见错误1:主题删除失败。常见错误2:__consumer_offsets占用太多的磁盘。 主题日常管理 …...
数学建模-滑翔伞伞翼面积的设计,运动状态计算和优化 !
我们考虑滑翔伞的伞翼面积设计问题以及运动状态描述。滑翔伞的性能主要取决于伞翼面积、气动特性以及飞行员的重量。我们的目标是建立数学模型来描述滑翔伞的运动状态,并优化伞翼面积的设计。 一、问题分析 滑翔伞在飞行过程中受到重力、升力和阻力的作用。升力和阻力与伞翼面…...
HTTPS证书一年多少钱?
HTTPS证书作为保障网站数据传输安全的重要工具,成为众多网站运营者的必备选择。然而,面对市场上种类繁多的HTTPS证书,其一年费用究竟是多少,又受哪些因素影响呢? 首先,HTTPS证书通常在PinTrust这样的专业平…...
