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第 5 期（进阶版）：训练第一个 DDPM 模型（使用 CIFAR-10 数据集）

news 来源：原创 2025/8/15 4:47:38

—— 用 DDPM 模型生成彩色图像，感受扩散魔法在 CIFAR-10 上的威力！

本期目标

将 MNIST 替换为 CIFAR-10；
模型结构适配 RGB 三通道输入；
保持原始扩散与采样流程；
增加图像可视化对比！

数据准备（CIFAR-10）

导入必要库

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from torch.utils.data import DataLoader
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

加载 CIFAR-10 数据集

transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),transforms.Lambda(lambda x: x * 2 - 1)  # [0,1] → [-1,1]
])cifar10 = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform)
dataloader = DataLoader(cifar10, batch_size=128, shuffle=True)

更新扩散超参数

T = 300  # 扩散步数
beta_start = 1e-4
beta_end = 0.02
betas = torch.linspace(beta_start, beta_end, T)alphas = 1. - betas
alphas_cumprod = torch.cumprod(alphas, dim=0)
sqrt_alphas_cumprod = torch.sqrt(alphas_cumprod)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod = torch.sqrt(1. - alphas_cumprod)

正向扩散函数 q_sample

def q_sample(x_start, t, noise=None):if noise is None:noise = torch.randn_like(x_start)sqrt_alphas_cumprod_t = sqrt_alphas_cumprod[t].view(-1, 1, 1, 1).to(x_start.device)sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t = sqrt_one_minus_alphas_cumprod[t].view(-1, 1, 1, 1).to(x_start.device)return sqrt_alphas_cumprod_t * x_start + sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t * noise

定义模型（本次实验中的模型较为简单只是为了说明整个流程）

class CIFARDenoiseModel(nn.Module):def __init__(self):super().__init__()self.net = nn.Sequential(nn.Conv2d(3, 64, 3, padding=1),nn.ReLU(),nn.Conv2d(64, 64, 3, padding=1),nn.ReLU(),nn.Conv2d(64, 3, 3, padding=1))def forward(self, x, t):return self.net(x)

定义损失函数

def get_loss(model, x_0, t):noise = torch.randn_like(x_0)x_t = q_sample(x_0, t, noise)predicted_noise = model(x_t, t)return F.mse_loss(predicted_noise, noise)

训练模型

device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
model = CIFARDenoiseModel().to(device)
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=1e-3)for epoch in range(10):for step, (x, _) in enumerate(dataloader):x = x.to(device)t = torch.randint(0, T, (x.size(0),), device=device).long()loss = get_loss(model, x, t)optimizer.zero_grad()loss.backward()optimizer.step()if step % 100 == 0:print(f"Epoch {epoch} | Step {step} | Loss: {loss.item():.4f}")

图像生成：逆扩散采样

@torch.no_grad()
def p_sample(model, x_t, t):beta_t = betas[t].to(x_t.device)sqrt_one_minus_alpha_cumprod_t = sqrt_one_minus_alphas_cumprod[t].to(x_t.device)sqrt_recip_alpha_t = (1. / torch.sqrt(alphas[t])).to(x_t.device)predicted_noise = model(x_t, torch.tensor([t], device=x_t.device))model_mean = sqrt_recip_alpha_t * (x_t - beta_t / sqrt_one_minus_alpha_cumprod_t * predicted_noise)if t == 0:return model_meannoise = torch.randn_like(x_t)return model_mean + torch.sqrt(beta_t) * noise@torch.no_grad()
def sample_images(model, n_samples=16):model.eval()x_t = torch.randn(n_samples, 3, 32, 32).to(device)for t in reversed(range(T)):x_t = p_sample(model, x_t, t)return x_t

可视化生成图像

def show_images(images):images = (images + 1) / 2  # 反归一化回 [0,1]grid = torchvision.utils.make_grid(images, nrow=4)plt.figure(figsize=(6, 6))plt.imshow(grid.permute(1, 2, 0).cpu().numpy())plt.axis("off")plt.show()samples = sample_images(model)
show_images(samples)

期总结

项目	内容
数据集	CIFAR-10（三通道图像）
模型结构	简单 CNN，输入/输出为 RGB 图像
输入图像尺寸	`32x32x3`
损失函数	MSE（预测噪声）
可视化	展示彩色图像生成过程

第 6 期预告

🚀 用 UNet 替代 CNN 训练 CIFAR-10 扩散模型！我们将构建更强大的网络，进一步提高图像质量！

第 5 期（进阶版）：训练第一个 DDPM 模型（使用 CIFAR-10 数据集）

—— 用 DDPM 模型生成彩色图像，感受扩散魔法在 CIFAR-10 上的威力！ 本期目标将 MNIST 替换为 CIFAR-10； 模型结构适配 RGB 三通道输入； 保持原始扩散与采样流程； 增加图像可视化对比！ 数据准备&…...

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C#核心笔记——（六）框架基础

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C# 点击导入，将需要的参数传递到弹窗的页面

点击导入按钮，获取本页面的datagridview标题的结构，并传递到导入界面。新增一个datatable用于存储datagridview的caption和name，这里用的是devexpress组件中的gridview。 DataTable dt new DataTable(); DataColumn CAPTION …...

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java面向对象编程【基础篇】之基础概念

目录 🚀前言🤔面向过程VS面向对象💯面向过程编程（POP）💯面向对象编程（OOP）💯两者对比 🌟三大特性💯封装性💯继承性💯多态性…...

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Oceanbase单机版上手示例

本月初Oceanbase单机版发布，作为一个以分布式起家的数据库，原来一个集群动辄小十台机器，多着十几台几十台甚至更多，Oceanbase单机版的发布确实大大降低了硬件部署的门槛。 1.下载安装介质 https://www.oceanbase.com/softwarece…...

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深度学习基础--CNN经典网络之InceptionV3详解与复现(pytorch)

🍨 本文为🔗365天深度学习训练营中的学习记录博客🍖 原作者：K同学啊前言 InceptionV3是InceptionV1的升级版，虽然加大了计算量，但是当时效果是比VGG效果要好的。本次任务是探究InceptionV3结构并进行复…...

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C++ STL编程-vector概念、对象创建

vector 概念：是常见的一种容器，被称为“柔性数组”。在vector中，front()是数组中的第一个元素，back()是数组的最后一个元素。begin()是是指向第一个元素，end()是指向back()的后一个元素 vector的对象创建&#xff0…...

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easyexcel使用模板填充excel坑点总结

1.单层map设置值是{属性}，那使用两层map进行设置值，是不是可以使用{属性.属性}，以为取出map里字段只用{属性}就可以设置值，那再加个.就可以从里边map取出对应属性，没有两层map写法填充得到的文件打开报错 was empty (…...

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C#学习第16天：聊聊反射

什么是反射？ 定义：反射是一种机制，允许程序在运行时获取关于自身的信息，并且可以动态调用方法、访问属性或创建实例。用途：常用于框架设计、工具开发、序列化、代码分析和测试等场景反射的核心概念 1. 获取类型信息…...

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【Unity】使用Cinemachine+CharacterController实现第三人称视角下的角色视角、移动和跳跃控制

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本期目标

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