Diffusion models provide expressive data-driven priors for Bayesian inverse problems, but many diffusion posterior samplers rely on heuristic guidance approximations that can fail for nonlinear operators and multimodal posteriors. In this work, we develop a stabilized path-space framework for diffusion-based posterior sampling. Starting from a base diffusion process whose terminal marginal represents the prior, we define a likelihood-weighted target measure on trajectories and cast posterior sampling as learning a controlled stochastic process whose path measure matches this target. This formulation connects diffusion posterior sampling to stochastic optimal control while preserving the Bayesian structure needed for uncertainty quantification. We introduce a time reparameterization that makes the path-space control problem well posed by removing the bias induced by the unknown initial value function, without auxiliary training. We then learn the control via a trust-region path-space optimization method with log-variance objectives. The path-space perspective also unifies our learned control approach with existing guidance-based samplers, quantifies the sampling error induced by approximate controls, and yields importance sampling corrections for asymptotically exact posterior expectations. We evaluate the proposed framework on a suite of benchmark inverse problems with analytically characterized or high-quality reference posteriors, enabling principled assessment of sampling accuracy and uncertainty quantification. These experiments provide insight into the behavior of diffusion-based posterior samplers and demonstrate improved accuracy and robustness over leading approaches.


翻译:扩散模型为贝叶斯逆问题提供了表达性强的数据驱动先验,但许多扩散后验采样器依赖启发式引导近似,这可能在非线性算子和多模态后验中失效。本文开发了一种面向扩散后验采样的稳定路径空间框架。从终端边际表示先验的基础扩散过程出发,我们定义了轨迹上的似然加权目标测度,并将后验采样转化为学习一个路径测度与该目标匹配的受控随机过程。该公式将扩散后验采样与随机最优控制联系起来,同时保留了不确定性量化所需的贝叶斯结构。我们引入一种时间重参数化,通过消除未知初值函数引起的偏差,使路径空间控制问题良定,且无需辅助训练。随后通过具有对数方差目标的信赖域路径空间优化方法学习控制。路径空间视角还统一了我们的学习控制方法与现有基于引导的采样器,量化了近似控制引起的采样误差,并给出了用于渐近精确后验期望的重要性采样修正。我们在具有解析表征或高质量参考后验的基准逆问题套件上评估了所提框架,实现了采样精度和不确定性量化的原则性评估。这些实验揭示了扩散后验采样器的行为特征,并展示了相较于主流方法的精度提升和鲁棒性改进。

0
下载
关闭预览

相关内容

用于语言生成的离散扩散模型
专知会员服务
12+阅读 · 2025年7月10日
《扩散模型图像编辑》综述
专知会员服务
28+阅读 · 2024年2月28日
详解扩散模型:从DDPM到稳定扩散,附Slides与视频
专知会员服务
87+阅读 · 2022年10月9日
【干货书】贝叶斯推断随机过程,449页pdf
专知
31+阅读 · 2020年8月27日
用 LDA 和 LSA 两种方法来降维和做 Topic 建模
AI研习社
13+阅读 · 2018年8月24日
最新|深度离散哈希算法,可用于图像检索!
全球人工智能
14+阅读 · 2017年12月15日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
6+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
12+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
12+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
13+阅读 · 8月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员