analyze-generative-diffusion-model
정보
이 스킬은 사전 학습된 생성 확산 모델을 품질 지표(FID, CLIP 점수 등) 계산, 노이즈 스케줄 검토, 어텐션 맵 시각화를 통해 분석합니다. 모델 출력 품질 평가, 노이즈 스케줄 변형 비교, 텍스트 조건 생성의 교차 어텐션 패턴 분석에 활용할 수 있습니다. 또한 보간 및 분포 외 탐지를 통한 잠재 공간 탐색도 지원합니다.
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문서
析生成擴散模
評預訓生成擴散模以量質指、噪排察、交注圖析、潛空探,以解模行、診敗式、引微調之決。
用時
- 評預訓生成擴散模之出質以標指乃用
- 算生圖集之 FID、IS、CLIP 分、精/召乃用
- 察比噪排(線、餘、習)以 SNR 線乃用
- 取交注圖以解文至圖之符應乃用
- 插潛碼或發潛空之語向乃用
- 察擴散模管之分布外入乃用
入
- 必要:預訓模之識或檢點徑(如
stabilityai/stable-diffusion-2-1) - 必要:析之式——一或多:
metrics、schedule、attention、latent - 必要:指算之參數集(真圖或數集名)
- 可選:注析之文提示(默:模適之試提示)
- 可選:指算之生樣數(默:10000)
- 可選:裝之設(默:
cuda若可,否cpu)
法
第一步:量評
對參集算標生質指。
- 設評管:
import torch
from diffusers import StableDiffusionPipeline
from torchmetrics.image.fid import FrechetInceptionDistance
from torchmetrics.image.inception import InceptionScore
device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained(
"stabilityai/stable-diffusion-2-1", torch_dtype=torch.float16
).to(device)
fid = FrechetInceptionDistance(feature=2048, normalize=True).to(device)
inception = InceptionScore(normalize=True).to(device)
- 送真圖於指累器:
from torch.utils.data import DataLoader
for batch in DataLoader(real_dataset, batch_size=64):
imgs = (batch * 255).byte().to(device)
fid.update(imgs, real=True)
- 生樣且累偽計:
prompts = load_evaluation_prompts("prompts.txt") # one prompt per line
n_generated = 0
while n_generated < 10000:
prompt_batch = prompts[n_generated:n_generated + 8]
images = pipe(prompt_batch, num_inference_steps=50).images
tensors = torch.stack([to_tensor(img) for img in images]).to(device)
byte_imgs = (tensors * 255).byte()
fid.update(byte_imgs, real=False)
inception.update(byte_imgs)
n_generated += len(images)
- 算文圖對齊之 CLIP 分:
from torchmetrics.multimodal.clip_score import CLIPScore
clip_metric = CLIPScore(model_name_or_path="openai/clip-vit-large-patch14").to(device)
for prompt, image_tensor in zip(sampled_prompts, sampled_tensors):
clip_metric.update(image_tensor.unsqueeze(0), [prompt])
print(f"FID: {fid.compute():.2f}")
print(f"IS: {inception.compute()[0]:.2f} +/- {inception.compute()[1]:.2f}")
print(f"CLIP: {clip_metric.compute():.2f}")
- 算模覆之精與召:
from torchmetrics.image import FrechetInceptionDistance
# Precision: fraction of generated images near real manifold
# Recall: fraction of real images near generated manifold
# Use improved precision/recall (Kynkaanniemi et al., 2019) via
# feature embeddings from the Inception network
得: 良訓 Stable Diffusion 於標基 FID 低於 30。ImageNet 類提示之 IS 逾 50。文條之 CLIP 分逾 25。精與召皆逾 0.6。
敗則: 若 FID 逾 100,驗真圖與生圖同解與同歸一。若 CLIP 分低而 FID 可,模生貌合之圖而不合提示——察文編。確至少萬樣以穩 FID 估。
第二步:察噪排
視比前後之噪排。
- 自模取排參:
scheduler = pipe.scheduler
betas = torch.tensor(scheduler.betas) if hasattr(scheduler, 'betas') else None
alphas_cumprod = torch.tensor(scheduler.alphas_cumprod)
timesteps = torch.arange(len(alphas_cumprod))
- 算信噪比線:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
snr = alphas_cumprod / (1 - alphas_cumprod)
log_snr = torch.log(snr)
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(18, 5))
axes[0].plot(timesteps.numpy(), alphas_cumprod.numpy())
axes[0].set_xlabel("Timestep"); axes[0].set_ylabel("alpha_cumprod")
axes[0].set_title("Cumulative Signal Retention")
axes[1].plot(timesteps.numpy(), log_snr.numpy())
axes[1].set_xlabel("Timestep"); axes[1].set_ylabel("log(SNR)")
axes[1].set_title("Log Signal-to-Noise Ratio")
if betas is not None:
axes[2].plot(timesteps.numpy(), betas.numpy())
axes[2].set_xlabel("Timestep"); axes[2].set_ylabel("beta")
axes[2].set_title("Beta Schedule")
fig.tight_layout()
fig.savefig("noise_schedule.png", dpi=150)
- 比多排類:
from diffusers import DDPMScheduler
schedules = {
"linear": DDPMScheduler(beta_schedule="linear", num_train_timesteps=1000),
"cosine": DDPMScheduler(beta_schedule="squaredcos_cap_v2", num_train_timesteps=1000),
}
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))
for name, sched in schedules.items():
ac = torch.tensor(sched.alphas_cumprod)
snr = torch.log(ac / (1 - ac))
ax.plot(snr.numpy(), label=name)
ax.set_xlabel("Timestep"); ax.set_ylabel("log(SNR)")
ax.set_title("Schedule Comparison"); ax.legend()
fig.savefig("schedule_comparison.png", dpi=150)
得: 餘排於中時步示比線更漸之 SNR 降。log-SNR 線由約 +10(淨)至 -10(純噪)。習排單調降。
敗則: 若 alphas_cumprod 非單調降,排配錯。若值恆,察排器正以模配初始乎。自定排器驗 set_timesteps() 已呼。
第三步:交注圖析
自文條模取視交注圖。
- 於 U-Net 交注層注鉤:
attention_maps = {}
def hook_fn(name):
def fn(module, input, output):
# Cross-attention: Q from image, K/V from text
if hasattr(module, 'processor'):
attention_maps[name] = output.detach().cpu()
return fn
for name, module in pipe.unet.named_modules():
if 'attn2' in name and hasattr(module, 'processor'):
module.register_forward_hook(hook_fn(name))
- 行推且集特時之注:
prompt = "a red car parked next to a blue house"
timestep_attention = {}
# Custom callback to capture attention at specific timesteps
def callback_fn(pipe, step_index, timestep, callback_kwargs):
if step_index in [5, 15, 30, 45]:
timestep_attention[int(timestep)] = {
k: v.clone() for k, v in attention_maps.items()
}
return callback_kwargs
output = pipe(prompt, num_inference_steps=50, callback_on_step_end=callback_fn)
- 視符應:
tokenizer = pipe.tokenizer
tokens = tokenizer.encode(prompt)
token_strings = [tokenizer.decode([t]) for t in tokens]
# Select a mid-resolution attention layer
layer_key = [k for k in attention_maps if 'mid' in k or 'up.1' in k][0]
attn = attention_maps[layer_key] # shape: (batch, heads, hw, seq_len)
attn_avg = attn.mean(dim=1) # average across heads
res = int(attn_avg.shape[1] ** 0.5)
attn_map = attn_avg[0].reshape(res, res, -1)
fig, axes = plt.subplots(2, min(len(token_strings), 6), figsize=(18, 6))
for idx, token in enumerate(token_strings[:6]):
for row, (ts, ts_attn) in enumerate(list(timestep_attention.items())[:2]):
a = ts_attn[layer_key].mean(dim=1)[0]
a_res = int(a.shape[0] ** 0.5)
axes[row, idx].imshow(a[:, idx].reshape(a_res, a_res), cmap="hot")
axes[row, idx].set_title(f"t={ts}: '{token}'")
axes[row, idx].axis("off")
fig.suptitle("Cross-Attention Maps by Token and Timestep")
fig.tight_layout()
fig.savefig("attention_maps.png", dpi=150)
得: 內容符(「car」、「house」)激局部之空域。風/色符(「red」、「blue」)激其物之重域。早時(高噪)注散;晚時注銳而局。
敗則: 若諸注圖皆均,鉤或捕自注而非交注——驗層名含 attn2(交)非 attn1(自)。若注捕而維誤,察出張索對層之頭與空解。
第四步:潛空之探
以插與向發探潛空之構。
- 編參圖入潛空:
from diffusers import AutoencoderKL
from PIL import Image
import torchvision.transforms as T
vae = pipe.vae
transform = T.Compose([T.Resize(512), T.CenterCrop(512), T.ToTensor(),
T.Normalize([0.5], [0.5])])
def encode_image(image_path):
img = transform(Image.open(image_path).convert("RGB")).unsqueeze(0).to(device)
with torch.no_grad():
latent = vae.encode(img.half()).latent_dist.sample() * vae.config.scaling_factor
return latent
z1 = encode_image("image_a.png")
z2 = encode_image("image_b.png")
- 行球面線插(slerp):
def slerp(z1, z2, alpha):
"""Spherical linear interpolation between two latent codes."""
z1_flat = z1.flatten()
z2_flat = z2.flatten()
omega = torch.acos(torch.clamp(
torch.dot(z1_flat, z2_flat) / (z1_flat.norm() * z2_flat.norm()), -1, 1
))
if omega.abs() < 1e-6:
return (1 - alpha) * z1 + alpha * z2
return (torch.sin((1 - alpha) * omega) * z1 + torch.sin(alpha * omega) * z2) / torch.sin(omega)
alphas = torch.linspace(0, 1, 8)
interpolated = [slerp(z1, z2, a.item()) for a in alphas]
decoded = []
for z in interpolated:
with torch.no_grad():
img = vae.decode(z / vae.config.scaling_factor).sample
decoded.append(img.cpu())
- 以提對差發語向:
def get_text_embedding(prompt):
tokens = pipe.tokenizer(prompt, return_tensors="pt", padding="max_length",
max_length=77, truncation=True).input_ids.to(device)
with torch.no_grad():
emb = pipe.text_encoder(tokens).last_hidden_state
return emb
pos_emb = get_text_embedding("a happy person smiling")
neg_emb = get_text_embedding("a sad person frowning")
direction = pos_emb - neg_emb # semantic direction in text embedding space
- 察分布外潛:
# Compute latent space statistics from a reference set
ref_latents = torch.stack([encode_image(p) for p in reference_paths])
ref_mean = ref_latents.mean(dim=0)
ref_std = ref_latents.std(dim=0)
def ood_score(z):
"""Mahalanobis-like OOD score (higher = more unusual)."""
deviation = ((z - ref_mean) / (ref_std + 1e-6)).flatten()
return deviation.norm().item()
test_z = encode_image("test_image.png")
score = ood_score(test_z)
print(f"OOD score: {score:.2f} (reference mean: {np.mean([ood_score(r) for r in ref_latents]):.2f})")
得: 插圖顯順且語有義之轉無疵。語向於異潛碼生恆之屬變。分布內圖之 OOD 分聚,外者顯高。
敗則: 若插生中模糊或不貫,用 slerp 代線插——線插於高維潛空行過低密之殼。若語向無可見之效,增向之幅或驗文編同於訓時者。
驗
- FID 於至少萬生樣與等真樣
- CLIP 分以訓同之 CLIP 模算(若適)
- 噪排視示單調降之 alphas_cumprod
- log-SNR 跨全時約 +10 至 -10
- 注圖於中解層顯符之空激
- 注由早(散)至晚(局)銳化
- 潛插順無跳無疵
- OOD 察以至少百參樣立基
陷
- 解不合之 FID:真生圖送 Inception 前必同解。同調其大,否 FID 虛高
- 忘歸於 torchmetrics:
FrechetInceptionDistance(normalize=True)期 [0, 1] 浮。normalize=False則期 [0, 255] uint8。混則 FID 無義 - 鉤自注代交注:U-Net 中
attn1為自注(圖至圖)。用attn2為交注(文至圖)。混之生無益之均圖 - 高維之線插:二高維 Gaussian 之線插過低密殼。擴散模潛空插必用 slerp
- 忽 VAE 放縮:Stable Diffusion 潛經編後以
vae.config.scaling_factor放縮。忘施或除之致解亂圖 - 精召之樣過少:各集少於五千之精召估不可信。至少萬以穩估
參
implement-diffusion-network— 建此所評之擴散模analyze-diffusion-dynamics— 此所察噪程之數基fit-drift-diffusion-model— 共 SDE 基之別擴散模族
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