While diffusion models have emerged as a powerful class of generative models, their learning dynamics remain poorly understood. We address this issue first by empirically showing that standard diffusion models trained on natural images exhibit a distributional simplicity bias, learning simple, pair-wise input statistics before specializing to higher-order correlations. We reproduce this behaviour in simple denoisers trained on a minimal data model, the mixed cumulant model, where we precisely control both pair-wise and higher-order correlations of the inputs. We identify a scalar invariant of the model that governs the sample complexity of learning pair-wise and higher-order correlations that we call the diffusion information exponent, in analogy to related invariants in different learning paradigms. Using this invariant, we prove that the denoiser learns simple, pair-wise statistics of the inputs at linear sample complexity, while more complex higher-order statistics, such as the fourth cumulant, require at least cubic sample complexity. We also prove that the sample complexity of learning the fourth cumulant is linear if pair-wise and higher-order statistics share a correlated latent structure. Our work describes a key mechanism for how diffusion models can learn distributions of increasing complexity.


翻译:尽管扩散模型已成为一类强大的生成模型,其学习动态仍缺乏深入理解。我们首先通过实验证明,在自然图像上训练的标准扩散模型具有分布简单性偏好,即先学习简单的成对输入统计特征,再专门学习高阶相关性。我们在基于最小数据模型(混合累积量模型)训练的简单去噪器中复现了这一行为,该模型可精确控制输入的成对与高阶相关性。我们识别出一个标量不变量——扩散信息指数,它支配着学习成对和高阶相关性的样本复杂度,与不同学习范式中的相关不变量类似。利用该不变量,我们证明去噪器能以线性样本复杂度学习输入的简单成对统计量,而更复杂的高阶统计量(如四阶累积量)则至少需要立方样本复杂度。我们还证明,若成对和高阶统计量共享相关隐结构,则学习四阶累积量的样本复杂度可降至线性。我们的工作揭示了扩散模型如何学习递增复杂度分布的关键机制。

0
下载
关闭预览

相关内容

《扩散模型》最新教程,141页ppt
专知会员服务
79+阅读 · 2024年12月2日
高效扩散模型:从原理到实践的全面综述
专知会员服务
41+阅读 · 2024年10月16日
扩散模型与表示学习:综述
专知会员服务
49+阅读 · 2024年7月2日
扩散模型概述:应用、引导生成、统计率和优化
专知会员服务
47+阅读 · 2024年4月14日
【机器学习】深入剖析机器学习中的统计思想
产业智能官
17+阅读 · 2019年1月24日
这可能是「多模态机器学习」最通俗易懂的介绍
计算机视觉life
113+阅读 · 2018年12月20日
稀疏性的3个优势 -《稀疏统计学习及其应用》
遇见数学
15+阅读 · 2018年10月24日
国家自然科学基金
21+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月27日
Arxiv
22+阅读 · 2023年11月2日
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关基金
国家自然科学基金
21+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员