几行代码稳定UNet ! 中山大学等提出ScaleLong扩散模型:从质疑Scaling到成为Scaling 几行代码稳定UNet ! 中山大学等提出ScaleLong扩散模型:从质疑Scaling到成为Scaling
admin
2024-02-29 17:22:13
0


新智元报道

编辑:LRS 好困

【新智元导读】本文提出了扩散模型中UNet的long skip connection的scaling操作可以有助于模型稳定训练的分析,目前已被NeurIPS 2023录用。同时,该分析还可以解释扩散模型中常用但未知原理的1/√2 scaling操作能加速训练的现象。

在标准的UNet结构中,long skip connection上的scaling系数一般为1。

然而,在一些著名的扩散模型工作中,比如Imagen, Score-based generative model,以及SR3等等,它们都设置了,并发现这样的设置可以有效加速扩散模型的训练。




质疑Scaling

然而,Imagen等模型对skip connection的Scaling操作在原论文中并没有具体的分析,只是说这样设置有助于加速扩散模型的训练。

首先,这种经验上的展示,让我们并搞不清楚到底这种设置发挥了什么作用?

另外,我们也不清楚是否只能设置,还是说可以使用其他的常数?

不同位置的skip connection的「地位」一样吗,为什么使用一样的常数?

对此,作者有非常多的问号……


理解Scaling

一般来说,和ResNet以及Transformer结构相比,UNet在实际使用中「深度」并不深,不太容易出现其他「深」神经网络结构常见的梯度消失等优化问题。

另外,由于UNet结构的特殊性,浅层的特征通过long skip connection与深层的位置相连接,从而进一步避免了梯度消失等问题。

那么反过来想,这样的结构如果稍不注意,会不会导致梯度过猛、参数(特征)由于更新导致震荡的问题?


通过对扩散模型任务在训练过程中特征和参数的可视化,可以发现,确实存在不稳定现象。

参数(特征)的不稳定,影响了梯度,接着又反过来影响参数更新。最终这个过程对性能有较大的不良干扰的风险。因此需要想办法去控制这种不稳定性。

进一步的,对于扩散模型。UNet的输入是一个带噪图像,如果要求模型能从中准确预测出加入的噪声,这需要模型对输入有很强的抵御额外扰动的鲁棒性。


论文:https://arxiv.org/abs/2310.13545

代码:https://github.com/sail-sg/ScaleLong

研究人员发现上述这些问题,可以在Long skip connection上进行Scaling来进行统一地缓解。


从定理3.1来看,中间层特征的震荡范围(上下界的宽度)正相关于scaling系数的平方和。适当的scaling系数有助于缓解特征不稳定。

不过需要注意的是,如果直接让scaling系数设置为0,确实最佳地缓解了震荡。(手动狗头)

但是UNet退化为无skip的情况的话,不稳定问题是解决了,但是表征能力也没了。这是模型稳定性和表征能力的trade-off。


类似地,从参数梯度的角度。定理3.3也揭示了scaling系数对梯度量级的控制。


进一步地,定理3.4还揭示了long skip connection上的scaling还可以影响模型对输入扰动的鲁棒上界,提升扩散模型对输入扰动的稳定性。

成为Scaling

通过上述的分析,我们清楚了Long skip connection上进行scaling对稳定模型训练的重要性,也适用于上述的分析。

接下来,我们将分析怎么样的scaling可以有更好的性能,毕竟上述分析只能说明scaling有好处,但不能确定怎么样的scaling最好或者较好。

一种简单的方式是为long skip connection引入可学习的模块来自适应地调整scaling,这种方法称为Learnable Scaling (LS) Method。我们采用类似SENet的结构,即如下所示(此处考虑的是代码整理得非常好的U-ViT结构,赞!)


从本文的结果来看,LS确实可以有效地稳定扩散模型的训练!进一步地,我们尝试可视化LS中学习到的系数。

如下图所示,我们会发现这些系数呈现出一种指数下降的趋势(注意这里第一个long skip connection是指连接UNet首尾两端的connection),且第一个系数几乎接近于1,这个现象也很amazing!


基于这一系列观察(更多的细节请查阅论文),我们进一步提出了Constant Scaling (CS) Method,即无需可学习参数的:

CS策略和最初的使用的scaling操作一样无需额外参数,从而几乎没有太多的额外计算消耗。

虽然CS在大多数时候没有LS在稳定训练上表现好,不过对于已有的策略来说,还是值得一试。

上述CS和LS的实现均非常简洁,仅仅需要若干行代码即可。针对各(hua)式(li)各(hu)样(shao)的UNet结构可能需要对齐一下特征维度。(手动狗头+1)



最近,一些后续工作,比如FreeU、SCEdit等工作也揭示了skip connection上scaling的重要性,欢迎大家试用和推广。

参考资料:

https://arxiv.org/abs/2310.13545

相关内容

热门资讯

广发银行全力打造服务粤港澳大湾... 建设粤港澳大湾区是国家重大区域发展战略。随着大湾区加快迈向国际一流湾区与世界级城市群,金融作为资源配...
北京抖音代运营代运营公司 1数字内容生产链中的专业化环节 在数字营销的生态中,存在一类专门负责内容平台账号系统性管理与内容...
2026年618有哪些值得关注... 先说一个容易被忽视的事实:618期间选返利平台,和日常选平台的标准完全不同。 日常购物,你关注的是返...
原创 今... 5月16日,国内黄金价格继续往下走,多家品牌金店的足金报价已经跌到1400元附近,比前一天低了十几元...
2026年华林电力专业配电柜批... 电力设备制造领域的品质标杆:深度解读一家专业企业的成长密码 配电柜如同电力系统的"神经中枢",其...
大调仓!伯克希尔开启后巴菲特时... 根据伯克希尔-哈撒韦公司15日向美国证券交易委员会提交的持仓文件,今年第一季度,公司对投资组合进行大...
原创 特... 图 | 美国总统特朗普 美国人突然发现了一个尴尬的现实,即中国不好啃,而欧洲却更像是一块摆在桌上的肥...
索罗斯基金一季度大举调仓!建仓... 日前,索罗斯基金(Soros Fund Management)向美国证券交易委员会(SEC)提交13...
下周外盘看点丨美联储公布会议纪... 本周国际市场风云变幻,全球债市发出危险信号。美股涨跌互现,道指周跌0.17%,纳指周跌0.08%,标...
“肯德基指数”回暖释放消费市场... 你身边肯定有这样的人,或者你本人就是这样: 点外卖先按价格排序,喝咖啡超过9块9就觉得亏了。但商家的...
反杀英伟达!亏损多年却一夜千亿... Cerebras 的纳斯达克上市大戏刚刚落幕,但其引发的连锁反应仍在持续发酵。 5 月 14 日上市...
从大客户依赖到募资补流 军陶科... 上市是一场马拉松! 作者:夏木 编辑:陶然 风品:李毅 来源:首财——首条财经研究院 念念不忘终有回...
原创 人... 近日人民币兑美元汇率持续攀升,先后突破6.8关口,离岸和在岸人民币双双刷新近三年来新高,引发市场高度...
证监会发布新规,11月16日起... 来源:证券日报之声 本报记者 吴晓璐 5月15日,中国证监会发布《衍生品交易监督管理办法(试行)》(...
广州东山口联排别墅集中法拍!9... 日前,位于广州市越秀区江岭下街的实地·紫薇公馆9套别墅,被挂上京东资产交易平台。9套东山口联排别墅起...
原创 黄... 近一年来,不少投资者感叹黄金价格走势的难以捉摸。每当感觉金价已涨至高位,它却往往能再创新高;而当投资...
原创 欧... IEEFA刚刚发布的一份报告,给欧洲引发关注。2021年至2025年间,欧洲从美国进口的液化天然气增...
霍尔木兹海峡,突传大消息!欧洲... 伊朗媒体:欧洲方面已开始就霍尔木兹海峡通行问题与革命卫队接触 伊朗伊斯兰共和国广播电视台16日就霍尔...
海南自贸港“样板间”抢抓开放机... 中新网海口5月16日电 (记者 王子谦)洋浦经济开发区是海南自贸港“样板间”,也是外界观察自贸港建设...
净利增速2.98%,违规频发!... 近期,中信银行2025年年报与2026年一季报接连公布,报告显示,中信银行总资产站稳10万亿元台阶,...