论文阅读笔记:Denoising Diffusion Implicit Models

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1、参考泉源

论文《Denoising Diffusion Implicit Models》
泉源:ICLR2021
https://iclr.cc/virtual/2021/poster/2804
论文链接:https://arxiv.org/abs/2010.02502
代码链接:https://github.com/ermongroup/ddim
2、符号表示的不同

在论文DDPM《Denoising Diffusion Implicit Models》当中,前向传播过程的                                   q                         (                                   x                                       t                               −                               1                                            ∣                                   x                            t                                  ,                                   x                            0                                  )                         ∼                         N                         (                                   x                                       t                               −                               1                                            ;                                              μ                               ~                                      t                                  (                                   x                            t                                  ,                                   x                            0                                  )                         ,                                   σ                            t                                  )                              q(x_{t-1}|x_t,x_0)\sim N\big(x_{t-1};\widetilde{\mu}_t(x_t,x_0),\sigma_t\big)                  q(xt−1​∣xt​,x0​)∼N(xt−1​;μ             ​t​(xt​,x0​),σt​)。并且                                                        μ                               ~                                      t                                  (                                   x                            t                                  ,                                   x                            0                                  )                         和                                   σ                            t                                       \widetilde{\mu}_t(x_t,x_0)和\sigma_t                  μ             ​t​(xt​,x0​)和σt​分别如公式(1)所示。
                                                                                                                                                                       σ                                                    t                                                                                                                                                               =                                                                                                                                      β                                                                t                                                                                  ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                                          α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ˉ                                                                                  )                                                                                                   (                                                             1                                                             −                                                                                                          α                                                                   t                                                                                      ˉ                                                                                  )                                                                                                                                                                                                                                                                        μ                                                          ~                                                                          t                                                                      (                                                                       x                                                       t                                                                      ,                                                                       x                                                       0                                                                      )                                                                                                                                                               =                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                                   ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                                                     α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        ˉ                                                                              )                                                                                              1                                                          −                                                                                                     α                                                                t                                                                                  ˉ                                                                                                             ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                                                                                β                                                             t                                                                              ⋅                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ˉ                                                                                                                                       1                                                          −                                                                                                     α                                                                t                                                                                  ˉ                                                                                                             ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                    \begin{equation} \begin{split} \sigma_t&=\sqrt{\frac{\beta_t\cdot (1-\bar{\alpha_{t-1}})}{(1-\bar{\alpha_{t}})}}\\ \widetilde{\mu}_t(x_t,x_0)&=\frac{\sqrt{\alpha_t}\cdot(1-\bar{\alpha_{t-1}})}{1-\bar{\alpha_t}}\cdot x_t+\frac{\beta_t\cdot \sqrt{\bar{\alpha_{t-1}}}}{1-\bar{\alpha_t}} \cdot x_0 \\ \end{split} \end{equation}                     σt​μ                             ​t​(xt​,x0​)​=(1−αt​ˉ​)βt​⋅(1−αt−1​ˉ​)​                            ​=1−αt​ˉ​αt​                                   ​⋅(1−αt−1​ˉ​)​⋅xt​+1−αt​ˉ​βt​⋅αt−1​ˉ​                                   ​​⋅x0​​​​
在DDIM《Denoising Diffusion Implicit Models》中对符号举行了重新定义。详细来说使用                                             α                            t                                       \alpha_t                  αt​替换掉了                                                        α                               ˉ                                      t                                       \bar\alpha_t                  αˉt​,而在DDPM当中
                                                                                                                                                                                                              α                                                          ˉ                                                                          t                                                                      =                                                                       ∏                                                       0                                                       t                                                                                         α                                                       i                                                                                                                                                                                    \begin{equation} \begin{split} \bar \alpha_t=\prod_{0}^{t}\alpha_i \end{split} \end{equation}                     αˉt​=0∏t​αi​​​​
因此,在DDIM中会发生一些变化,例如                                             β                            t                                       \beta_t                  βt​的改变如公式(3)所示。
                                                                                                                                                                       β                                                    t                                                                                                                                                               =                                                    1                                                    −                                                                       α                                                       t                                                                      (                                                    D                                                    D                                                    P                                                    M                                                    )                                                                                                                                                                                                                                                                   =                                                    1                                                    −                                                                                           α                                                          t                                                                                              α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             (                                                    D                                                    D                                                    I                                                    M                                                    )                                                                                                                                                                  \begin{equation} \begin{split} \beta_t&=1-\alpha_t (DDPM)\\ &=1-\frac{\alpha_t}{\alpha_{t-1}} (DDIM)\\ \end{split} \end{equation}                     βt​​=1−αt​(DDPM)=1−αt−1​αt​​(DDIM)​​​
前向加噪过程中的                                   q                         (                                   x                                       t                               −                               1                                            ∣                                   x                            t                                  ,                                   x                            0                                  )                              q(x_{t-1}|x_t,x_0)                  q(xt−1​∣xt​,x0​)分布的方差和均值分别如公式(4)和(5)所示。
                                                                                                                                                                       σ                                                    t                                                    2                                                                                                                                                               =                                                                                           1                                                          −                                                                                                     α                                                                ˉ                                                                                                        t                                                                −                                                                1                                                                                                                                       1                                                          −                                                                                                     α                                                                t                                                                                  ˉ                                                                                                             ⋅                                                                       β                                                       t                                                                      (                                                    D                                                    D                                                    P                                                    M                                                    )                                                                                                                                                                                                                                                                   =                                                                                           1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                                                       1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                                                             ⋅                                                    (                                                    1                                                    −                                                                                           α                                                          t                                                                                              α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             )                                                    (                                                    D                                                    D                                                    I                                                    M                                                    )                                                                                                                                                                  \begin{equation} \begin{split} \sigma_t^2&=\frac{1-\bar{\alpha}_{t-1}}{1-\bar{\alpha_t}}\cdot \beta_t(DDPM)\\ &=\frac{1-\alpha_{t-1}}{1-\alpha_t}\cdot (1-\frac{\alpha_t}{\alpha_{t-1}}) (DDIM) \end{split} \end{equation}                     σt2​​=1−αt​ˉ​1−αˉt−1​​⋅βt​(DDPM)=1−αt​1−αt−1​​⋅(1−αt−1​αt​​)(DDIM)​​​
                                                                                                                                                                                                              μ                                                          ~                                                                          t                                                                      (                                                                       x                                                       t                                                                      ,                                                                       x                                                       0                                                                      )                                                                                                                                                               =                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                                   ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                                                     α                                                                ˉ                                                                                                        t                                                                −                                                                1                                                                                                   )                                                                                              1                                                          −                                                                                                     α                                                                t                                                                                  ˉ                                                                                                             ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                                                                                β                                                             t                                                                              ⋅                                                                                                                            α                                                                   ˉ                                                                                                             t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                                                             1                                                          −                                                                                                     α                                                                t                                                                                  ˉ                                                                                                             ⋅                                                                       x                                                       0                                                                      (                                                    D                                                    D                                                    P                                                    M                                                    )                                                                                                                                                                                                                                                                   =                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                                   ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   )                                                                                                                                         α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    (                                                    1                                                    −                                                                                           α                                                          t                                                                                              α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             )                                                    ⋅                                                                                                                α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                                                       1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                                                             ⋅                                                                       x                                                       0                                                                      (                                                    D                                                    D                                                    I                                                    M                                                    )                                                                                                                                                                                                                                                                   =                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                  ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                              )                                                                2                                                                                                                                              α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                        )                                                                2                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                                                                                α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                               α                                                             t                                                                                                                  α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             ⋅                                                                                                                α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                                                       1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                                                             ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                                      1                                                                −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                     1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                                                                                            α                                                                   t                                                                                      −                                                                                       α                                                                   t                                                                                      ⋅                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                                                        ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                                                                                α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                               α                                                             t                                                                                                                                                             α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                                      1                                                                −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                     1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                                                                                            α                                                                   t                                                                                      +                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                   t                                                                                      ⋅                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                                                        ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                                                                                α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                               α                                                             t                                                                              ⋅                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   +                                                                               α                                                             t                                                                              ⋅                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                               α                                                             t                                                                                                                                                             α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                                      1                                                                −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                     1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          +                                                                                                                            α                                                                   t                                                                                      −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                                                                                α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   )                                                                                                                                         α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                                      1                                                                −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                     1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                                                     α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                α                                                             t                                                                              ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   )                                                                                                                                         α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                                                   1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                                                     (                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                   t                                                                                      )                                                                ⋅                                                                (                                                                1                                                                −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             )                                                                                                                               α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                                      α                                                                t                                                                2                                                                                  ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                              )                                                                2                                                                                                                                                                                  α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                                                   1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                                                                                                    (                                                                                               α                                                                                                   t                                                                            −                                                                            1                                                                                                                       −                                                                                               α                                                                         t                                                                                              )                                                                      ⋅                                                                      (                                                                      1                                                                      −                                                                                               α                                                                                                   t                                                                            −                                                                            1                                                                                                                       )                                                                                                                                           α                                                                                                   t                                                                            −                                                                            1                                                                                                                       ⋅                                                                      (                                                                      1                                                                      −                                                                                               α                                                                         t                                                                                              )                                                                                                             ⏟                                                                                                        =                                                                                       σ                                                                   t                                                                   2                                                                                                                         )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                  ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        )                                                             ⋅                                                             (                                                                                   α                                                                t                                                                                  −                                                                                   α                                                                t                                                                                  ⋅                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        )                                                                                                                                                             α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                             t                                                                              )                                                                                         ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                                                   1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                               σ                                                             t                                                             2                                                                              )                                                                                         ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                  ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        )                                                             ⋅                                                             (                                                                                   α                                                                t                                                                                  +                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   α                                                                t                                                                                  ⋅                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        )                                                                                                                                                                                    α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                (                                                                1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                      )                                                                                                   ⋅                                                          (                                                                                                     1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                         )                                                                                         ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                                                                                  1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                  ⋅                                                             (                                                                                   α                                                                t                                                                                  −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        +                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                  )                                                             )                                                                                                                                                             α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                  )                                                                                                             ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                                                                                  1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                                                                                      α                                                                t                                                                                  ⋅                                                             (                                                                                   α                                                                t                                                                                  −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        +                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                  )                                                             )                                                                                                                         α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        ⋅                                                             (                                                             1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                  )                                                                                                             ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                                                                                                  1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                                                                α                                                             t                                                                              ⋅                                                          (                                                          1                                                          +                                                                                                                            α                                                                   t                                                                                      −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                (                                                                1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                      )                                                                                                                                  )                                                    ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                       1                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                                           (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   )                                                          ⋅                                                                               α                                                             t                                                                              ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                                                                            α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       α                                                                   t                                                                                                                                                     α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             ⋅                                                                (                                                                1                                                                −                                                                                       α                                                                   t                                                                                      )                                                                                                                                  )                                                    ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                       1                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                                                                α                                                             t                                                                              ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                                                                                                    (                                                                                               α                                                                                                   t                                                                            −                                                                            1                                                                                                                       −                                                                                               α                                                                         t                                                                                              )                                                                      ⋅                                                                      (                                                                      1                                                                      −                                                                                               α                                                                                                   t                                                                            −                                                                            1                                                                                                                       )                                                                                                                                           α                                                                                                   t                                                                            −                                                                            1                                                                                                                       ⋅                                                                      (                                                                      1                                                                      −                                                                                               α                                                                         t                                                                                              )                                                                                                             ⏟                                                                                                        σ                                                                t                                                                2                                                                                                                                  )                                                    ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                       1                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                                                                α                                                             t                                                                              ⋅                                                          (                                                          1                                                          −                                                                               α                                                                                   t                                                                −                                                                1                                                                                                   −                                                                               σ                                                             t                                                             2                                                                                                             )                                                    ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                                                                                                                     =                                                                                                                1                                                             −                                                                                   α                                                                                       t                                                                   −                                                                   1                                                                                                        −                                                                                   σ                                                                t                                                                2                                                                                                                        1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ⋅                                                                       x                                                       t                                                                      +                                                    [                                                                                           α                                                                               t                                                             −                                                             1                                                                                                             −                                                                                                                                                             α                                                                   t                                                                                      ⋅                                                                (                                                                1                                                                −                                                                                       α                                                                                           t                                                                      −                                                                      1                                                                                                             −                                                                                       σ                                                                   t                                                                   2                                                                                                                         )                                                                                                                   1                                                             −                                                                                   α                                                                t                                                                                                                                  ]                                                    ⋅                                                                       x                                                       0                                                                                                                                                                                    \begin{equation} \begin{split} \widetilde{\mu}_t(x_t,x_0)&=\frac{\sqrt{\alpha_t}\cdot(1-\bar\alpha_{t-1})}{1-\bar{\alpha_t}}\cdot x_t+\frac{\beta_t\cdot \sqrt{\bar\alpha_{t-1}}}{1-\bar{\alpha_t}} \cdot x_0 (DDPM)\\ &=\frac{\sqrt{\alpha_t}\cdot(1-\alpha_{t-1})}{\sqrt{\alpha_{t-1}}\cdot(1-\alpha_t)}\cdot x_t+(1-\frac{\alpha_t}{\alpha_{t-1}})\cdot\frac{\sqrt{\alpha_{t-1}}}{1-\alpha_t}\cdot x_0 (DDIM)\\ &= \sqrt{\frac{\alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1})^2}{\alpha_{t-1} \cdot (1-\alpha_t)^2}}\cdot x_t+\frac{\alpha_{t-1}-\alpha_t}{\alpha_{t-1}}\cdot\frac{\sqrt{\alpha_{t-1}}}{1-\alpha_t}\cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}}{1-\alpha_{t}}\cdot \frac{\alpha_t-\alpha_t \cdot \alpha_{t-1}}{\alpha_{t-1}-\alpha_{t-1}\cdot \alpha_{t}}} \cdot x_t+\frac{\alpha_{t-1}-\alpha_t}{\sqrt{ \alpha_{t-1}}\cdot (1-\alpha_t)}\cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}}{1-\alpha_{t}}\cdot \frac{\alpha_t+\alpha_{t-1}-\alpha_{t-1}-\alpha_t \cdot \alpha_{t-1}}{\alpha_{t-1}-\alpha_{t-1}\cdot \alpha_{t}}} \cdot x_t+\frac{\alpha_{t-1}-\alpha_t\cdot \alpha_{t-1}+\alpha_t\cdot \alpha_{t-1}-\alpha_t}{\sqrt{ \alpha_{t-1}}\cdot (1-\alpha_t)}\cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}}{1-\alpha_{t}}\cdot \Big(1+\frac{\alpha_t-\alpha_{t-1}}{\alpha_{t-1}-\alpha_{t-1}\cdot \alpha_{t}}\Big)}\cdot x_t+\frac{\alpha_{t-1}\cdot (1-\alpha_t)-\alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1})}{\sqrt{ \alpha_{t-1}}\cdot (1-\alpha_t)}\cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}}{1-\alpha_{t}}\cdot \Big(1-\frac{\alpha_{t-1}-\alpha_t}{\alpha_{t-1}-\alpha_{t-1}\cdot \alpha_{t}}\Big)}\cdot x_t+ \bigg[ \sqrt{\alpha_{t-1}}-\frac{\alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1})}{\sqrt{ \alpha_{t-1}}\cdot (1-\alpha_t)} \bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1}{1-\alpha_{t}}\cdot \Big(1-\alpha_{t-1}-\frac{(\alpha_{t-1}-\alpha_t)\cdot (1-\alpha_{t-1})}{\alpha_{t-1}-\alpha_{t-1}\cdot \alpha_{t}}\Big)}\cdot x_t+ \bigg[ \sqrt{\alpha_{t-1}}-\frac{\sqrt{\alpha_t^2\cdot (1-\alpha_{t-1})^2}}{\sqrt{ \alpha_{t-1}}\cdot (1-\alpha_t)} \bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1}{1-\alpha_{t}}\cdot \Big(1-\alpha_{t-1}-\underbrace{\frac{(\alpha_{t-1}-\alpha_t)\cdot (1-\alpha_{t-1})}{\alpha_{t-1}\cdot (1- \alpha_{t})}}_{=\sigma_t^2}\Big)}\cdot x_t+ \bigg[ \sqrt{\alpha_{t-1}}-\frac{\sqrt{\alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1})\cdot(\alpha_t-\alpha_t\cdot \alpha_{t-1})}}{\sqrt{ \alpha_{t-1}}\cdot (1-\alpha_t)} \bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1}{1-\alpha_{t}}\cdot \Big(1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2 \Big)}\cdot x_t+ \bigg[ \sqrt{\alpha_{t-1}}-\frac{\sqrt{\alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1})\cdot(\alpha_t + \alpha_{t-1} -\alpha_{t-1}-\alpha_t\cdot \alpha_{t-1})}}{\sqrt{ \alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)}\cdot (\sqrt{1-\alpha_t})} \bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{\sqrt{1-\alpha_{t-1}}}{\sqrt{1-\alpha_t}} \cdot \frac{ \sqrt{ \alpha_t \cdot \big(\alpha_t-\alpha_{t-1}+\alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)\big)}}{\sqrt{ \alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)}} \bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{\sqrt{1-\alpha_{t-1}}}{\sqrt{1-\alpha_t}} \cdot \sqrt{ \frac{ \alpha_t \cdot \big(\alpha_t-\alpha_{t-1}+\alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)\big)}{\alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)}} \bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{\sqrt{1-\alpha_{t-1}}}{\sqrt{1-\alpha_t}} \cdot \sqrt{ \alpha_t\cdot \Big(1+\frac{ \alpha_t-\alpha_{t-1}}{\alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)}} \Big)\bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{1}{\sqrt{1-\alpha_t}} \cdot \sqrt{ (1-\alpha_{t-1}) \cdot \alpha_t\cdot \Big(1-\frac{\alpha_{t-1} - \alpha_t}{\alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)}} \Big)\bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{1}{\sqrt{1-\alpha_t}} \cdot \sqrt{ \alpha_t\cdot \Big(1-\alpha_{t-1}-\underbrace{ \frac{(\alpha_{t-1} - \alpha_t)\cdot (1-\alpha_{t-1})}{\alpha_{t-1}\cdot(1-\alpha_t)}}_{\sigma_t^2}} \Big)\bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{1}{\sqrt{1-\alpha_t}} \cdot \sqrt{ \alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2} )\bigg] \cdot x_0 \\ &=\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{\sqrt{ \alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2} )}{\sqrt{1-\alpha_t}} \bigg] \cdot x_0 \\ \end{split} \end{equation}                     μ                             ​t​(xt​,x0​)​=1−αt​ˉ​αt​                                   ​⋅(1−αˉt−1​)​⋅xt​+1−αt​ˉ​βt​⋅αˉt−1​                                   ​​⋅x0​(DDPM)=αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt​                                   ​⋅(1−αt−1​)​⋅xt​+(1−αt−1​αt​​)⋅1−αt​αt−1​                                   ​​⋅x0​(DDIM)=αt−1​⋅(1−αt​)2αt​⋅(1−αt−1​)2​                            ​⋅xt​+αt−1​αt−1​−αt​​⋅1−αt​αt−1​                                   ​​⋅x0​=1−αt​1−αt−1​​⋅αt−1​−αt−1​⋅αt​αt​−αt​⋅αt−1​​                            ​⋅xt​+αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt−1​−αt​​⋅x0​=1−αt​1−αt−1​​⋅αt−1​−αt−1​⋅αt​αt​+αt−1​−αt−1​−αt​⋅αt−1​​                            ​⋅xt​+αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt−1​−αt​⋅αt−1​+αt​⋅αt−1​−αt​​⋅x0​=1−αt​1−αt−1​​⋅(1+αt−1​−αt−1​⋅αt​αt​−αt−1​​)                            ​⋅xt​+αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt−1​⋅(1−αt​)−αt​⋅(1−αt−1​)​⋅x0​=1−αt​1−αt−1​​⋅(1−αt−1​−αt−1​⋅αt​αt−1​−αt​​)                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt​⋅(1−αt−1​)​]⋅x0​=1−αt​1​⋅(1−αt−1​−αt−1​−αt−1​⋅αt​(αt−1​−αt​)⋅(1−αt−1​)​)                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt2​⋅(1−αt−1​)2                                   ​​]⋅x0​=1−αt​1​⋅(1−αt−1​−=σt2​                                                                                                                        αt−1​⋅(1−αt​)(αt−1​−αt​)⋅(1−αt−1​)​​​)                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−αt−1​                                   ​⋅(1−αt​)αt​⋅(1−αt−1​)⋅(αt​−αt​⋅αt−1​)                                   ​​]⋅x0​=1−αt​1​⋅(1−αt−1​−σt2​)                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−αt−1​⋅(1−αt​)                                   ​⋅(1−αt​                                   ​)αt​⋅(1−αt−1​)⋅(αt​+αt−1​−αt−1​−αt​⋅αt−1​)                                   ​​]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​1−αt−1​                                   ​​⋅αt−1​⋅(1−αt​)                                   ​αt​⋅(αt​−αt−1​+αt−1​⋅(1−αt​))                                   ​​]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​1−αt−1​                                   ​​⋅αt−1​⋅(1−αt​)αt​⋅(αt​−αt−1​+αt−1​⋅(1−αt​))​                            ​]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​1−αt−1​                                   ​​⋅αt​⋅(1+αt−1​⋅(1−αt​)αt​−αt−1​​                            ​)]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​1​⋅(1−αt−1​)⋅αt​⋅(1−αt−1​⋅(1−αt​)αt−1​−αt​​                            ​)]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​1​⋅αt​⋅(1−αt−1​−σt2​                                                                                                                        αt−1​⋅(1−αt​)(αt−1​−αt​)⋅(1−αt−1​)​​​                            ​)]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​1​⋅αt​⋅(1−αt−1​−σt2​                            ​)]⋅x0​=1−αt​1−αt−1​−σt2​​                            ​⋅xt​+[αt−1​                            ​−1−αt​                                   ​αt​⋅(1−αt−1​−σt2​                                   ​)​]⋅x0​​​​
因此,前向传播过程中的                                   q                         (                                   x                                       t                               −                               1                                            ∣                                   x                            t                                  ,                                   x                            0                                  )                         ∼                         N                         (                                   x                                       t                               −                               1                                            ;                                                          1                                  −                                               α                                                   t                                        −                                        1                                                           −                                               σ                                     t                                     2                                                                  1                                  −                                               α                                     t                                                                   ⋅                                   x                            t                                  +                         [                                              α                                           t                                  −                                  1                                                       −                                                                                     α                                        t                                                  ⋅                                     (                                     1                                     −                                                   α                                                       t                                           −                                           1                                                                −                                                   σ                                        t                                        2                                                                   )                                                             1                                  −                                               α                                     t                                                                   ]                         ⋅                                   x                            0                                  ,                                   σ                            t                            2                                  I                         )                              q(x_{t-1}|x_t,x_0)\sim N(x_{t-1};\sqrt{\frac{1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2}{1-\alpha_{t}}}\cdot x_t+ \bigg[\sqrt{\alpha_{t-1}}- \frac{\sqrt{ \alpha_t\cdot (1-\alpha_{t-1}-\sigma_t^2} )}{\sqrt{1-\alpha_t}} \bigg] \cdot x_0,\sigma_t^2 I)                  q(xt−1​∣xt​,x0​)∼N(xt−1​;1−αt​1−αt−1​−σt2​​            ​⋅xt​+[αt−1​            ​−1−αt​                    ​αt​⋅(1−αt−1​−σt2​                    ​)​]⋅x0​,σt2​I)

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