我们制定了一种评估给定两组图像的生成网络性能的度量。当前用于执行此操作的流行绩效指标是Fr \'Echet Inception距离（FID）。 FID假设使用Inception-V3的倒数第二层遵循高斯分布来特征的图像，如果我们希望将FID用作度量标准，则不会违反这种假设。但是，我们表明，ImakeNet数据集的Inception-V3特征不是高斯。特别是，每个边缘都不是高斯。为了解决这个问题，我们使用高斯混合模型（GMM）对特征图像进行建模，并计算限于GMM的2-Wasserstein距离。我们通过使用Inception-V3（或其他分类器）在两组图像上定义了一个称为WAM的性能度量，以表征图像，估算两个GMM，并使用受限的$ 2 $ - WASSERSTEIN距离比较GMMS。我们通过实验表明WAM比FID的优势，包括FID比WAM对不可察觉的图像扰动更敏感。通过建模从Inception-V3作为GMM获得的非高斯特征并使用GMM度量，我们可以更准确地评估生成网络性能。

这项工作评估了生成模型的质量度量的鲁棒性，例如INPECTION评分（IS）和FR \'Echet Inception距离（FID）。类似于深层模型对各种对抗性攻击的脆弱性，我们表明这种指标也可以通过添加剂像素扰动来操纵。我们的实验表明，可以生成分数很高但知觉质量低的图像分布。相反，人们可以优化对小型扰动，当将其添加到现实世界图像中时，会使他们的分数恶化。我们进一步将评估扩展到生成模型本身，包括最先进的网络样式。我们展示了生成模型和FID的脆弱性，反对潜在空间中的累加扰动。最后，我们证明，通过简单地以强大的启动来代替标准发明，可以强大地实现FID。我们通过广泛的实验来验证鲁棒度量的有效性，这表明它对操纵更为强大。

FR \'Echet Inception距离（FID）是在数据驱动的生成建模中对模型进行排名的主要度量。虽然非常成功，但众所周知，该指标有时不同意人类的判断力。我们研究了这些差异的根本原因，并可视化生成图像中的FID“看”的内容。我们表明，FID（通常）计算的功能空间非常接近成像网分类，以使生成图像和真实图像集之间的顶部 - $ n $分类的直方图可大大降低FID - 而无需实际提高质量结果。因此，我们得出结论，FID容易出现故意或意外扭曲。作为偶然失真的实际例子，我们讨论了一个Imagenet预先训练的封装可以实现与stylegan2相当的情况的情况，同时在人类评估方面变得更糟

评估图像生成模型（例如生成对抗网络（GAN））是一个具有挑战性的问题。一种常见的方法是比较地面真相图像集和生成的测试图像集的分布。 Frech \'Et启动距离是评估gan的最广泛使用的指标之一，该指标假定一组图像的训练有素的启动模型中的特征遵循正态分布。在本文中，我们认为这是一个过度简化的假设，这可能会导致不可靠的评估结果，并且可以使用截断的广义正态分布来实现更准确的密度估计。基于此，我们提出了一个新的度量，以准确评估gan，称为趋势（截断了截断的正常密度估计，对嵌入植物的嵌入）。我们证明我们的方法大大减少了密度估计的错误，因此消除了评估结果错误的风险。此外，我们表明所提出的指标可显着提高评估结果的鲁棒性，以防止图像样品数量变化。

We investigate the training and performance of generative adversarial networks using the Maximum Mean Discrepancy (MMD) as critic, termed MMD GANs. As our main theoretical contribution, we clarify the situation with bias in GAN loss functions raised by recent work: we show that gradient estimators used in the optimization process for both MMD GANs and Wasserstein GANs are unbiased, but learning a discriminator based on samples leads to biased gradients for the generator parameters. We also discuss the issue of kernel choice for the MMD critic, and characterize the kernel corresponding to the energy distance used for the Cramér GAN critic. Being an integral probability metric, the MMD benefits from training strategies recently developed for Wasserstein GANs. In experiments, the MMD GAN is able to employ a smaller critic network than the Wasserstein GAN, resulting in a simpler and faster-training algorithm with matching performance. We also propose an improved measure of GAN convergence, the Kernel Inception Distance, and show how to use it to dynamically adapt learning rates during GAN training.

虽然生成的对抗网络（GaN）是他们对其更高的样本质量的流行，而与其他生成模型相反，但是它们遭受同样困难的产生样本的难度。必须牢记各个方面，如产生的样本的质量，课程的多样性（在课堂内和类别中），使用解除戒开的潜在空间，所述评估度量的协议与人类感知等。本文，我们提出了一个新的评分，即GM分数，这取得了各种因素，如样品质量，解除戒备的代表，阶级，级别的阶级和级别多样性等各种因素，以及诸如精确，召回和F1分数等其他指标用于可怜的性深度信仰网络（DBN）和限制Boltzmann机（RBM）的潜在空间。评估是针对不同的GANS（GAN，DCGAN，BIGAN，CGAN，CONFORDGON，LSGAN，SGAN，WAN，以及WGAN改进）的不同GANS（GAN，DCGAN，BIGAN，SCAN，WANT）在基准MNIST数据集上培训。

与CNN的分类，分割或对象检测相比，生成网络的目标和方法根本不同。最初，它们不是作为图像分析工具，而是生成自然看起来的图像。已经提出了对抗性训练范式来稳定生成方法，并已被证明是非常成功的 - 尽管绝不是第一次尝试。本章对生成对抗网络（GAN）的动机进行了基本介绍，并通​​过抽象基本任务和工作机制并得出了早期实用方法的困难来追溯其成功的道路。将显示进行更稳定的训练方法，也将显示出不良收敛及其原因的典型迹象。尽管本章侧重于用于图像生成和图像分析的gan，但对抗性训练范式本身并非特定于图像，并且在图像分析中也概括了任务。在将GAN与最近进入场景的进一步生成建模方法进行对比之前，将闻名图像语义分割和异常检测的架构示例。这将允许对限制的上下文化观点，但也可以对gans有好处。

近年来，隐含的生成模型（例如生成对抗网络和扩散模型）已变得普遍。虽然这些模型确实显示出了显着的结果，但评估其性能是具有挑战性的。这个问题对于推动研究并从随机噪声中确定有意义的收益至关重要。当前，启发式指标（例如INCEPTION评分（IS）和特雷希特（Frechet Inception）距离（FID）是最常见的评估指标，但是它们所测量的内容尚不完全清楚。此外，关于他们的分数实际有多有意义的问题。在这项工作中，我们通过生成高质量的合成数据集来研究生成模型的评估指标，我们可以在该数据集中估算经典指标以进行比较。我们的研究表明，尽管FID和与几个F-Diverence确实相关，但它们的近距离模型的排名可能会差异很大，因此在用于Fain Graining比较时，它们有问题。我们进一步使用了这种实验环境来研究哪些评估度量与我们的概率指标相关。最后，我们研究用于FID等指标的基本功能。

生成对抗网络（GAN）是最受欢迎的图像生成模型，在各种计算机视觉任务上取得了显着进度。但是，训练不稳定仍然是所有基于GAN的算法的开放问题之一。已经提出了许多方法来稳定gan的训练，其重点分别放在损失功能，正则化和归一化技术，训练算法和模型体系结构上。与上述方法不同，在本文中，提出了有关稳定gan训练的新观点。发现有时发电机产生的图像在训练过程中像歧视者的对抗示例一样，这可能是导致gan不稳定训练的原因的一部分。有了这一发现，我们提出了直接的对抗训练（DAT）方法来稳定gan的训练过程。此外，我们证明DAT方法能够适应歧视器的Lipschitz常数。 DAT的高级性能在多个损失功能，网络体系结构，超参数和数据集上进行了验证。具体而言，基于SSGAN的CIFAR-100无条件生成，DAT在CIFAR-100的无条件生成上实现了11.5％的FID，基于SSGAN的STL-10无条件生成的FID和基于SSGAN的LSUN卧室无条件生成的13.2％FID。代码将在https://github.com/iceli1007/dat-gan上找到

The ability to automatically estimate the quality and coverage of the samples produced by a generative model is a vital requirement for driving algorithm research. We present an evaluation metric that can separately and reliably measure both of these aspects in image generation tasks by forming explicit, non-parametric representations of the manifolds of real and generated data. We demonstrate the effectiveness of our metric in StyleGAN and BigGAN by providing several illustrative examples where existing metrics yield uninformative or contradictory results. Furthermore, we analyze multiple design variants of StyleGAN to better understand the relationships between the model architecture, training methods, and the properties of the resulting sample distribution. In the process, we identify new variants that improve the state-of-the-art. We also perform the first principled analysis of truncation methods and identify an improved method. Finally, we extend our metric to estimate the perceptual quality of individual samples, and use this to study latent space interpolations.

最近的工作认为，强大的培训需要比标准分类所需的数据集大得多。在CiFar-10和CiFar-100上，这转化为仅培训的型号之间的可稳健稳健精度差距，这些型号来自原始训练集的数据，那些从“80万微小图像”数据集（TI-80M）提取的附加数据培训。在本文中，我们探讨了单独培训的生成模型如何利用人为地提高原始训练集的大小，并改善对$ \ ell_p $ norm-inded扰动的对抗鲁棒性。我们确定了包含额外生成数据的充分条件可以改善鲁棒性，并证明可以显着降低具有额外实际数据训练的模型的强大准确性差距。令人惊讶的是，我们甚至表明即使增加了非现实的随机数据（由高斯采样产生）也可以改善鲁棒性。我们在Cifar-10，CiFar-100，SVHN和Tinyimagenet上评估我们的方法，而$ \ ell_ indty $和$ \ ell_2 $ norm-indeded扰动尺寸$ \ epsilon = 8/255 $和$ \ epsilon = 128/255 $分别。与以前的最先进的方法相比，我们以强大的准确性显示出大的绝对改进。反对$ \ ell_ \ infty $ norm-indeded扰动尺寸$ \ epsilon = 8/255 $，我们的车型分别在Cifar-10和Cifar-100上达到66.10％和33.49％（改善状态）最新美术+ 8.96％和+ 3.29％）。反对$ \ ell_2 $ norm-indeded扰动尺寸$ \ epsilon = 128/255 $，我们的型号在Cifar-10（+ 3.81％）上实现78.31％。这些结果击败了使用外部数据的最先前的作品。

生成模型的评估主要基于特定特征空间中估计分布和地面真实分布之间的比较。为了将样本嵌入信息丰富的特征中，以前的作品经常使用针对分类进行优化的卷积神经网络，这是最近的研究批评。因此，已经探索了各种特征空间以发现替代方案。其中，一种令人惊讶的方法是使用随机初始化的神经网络进行功能嵌入。但是，采用随机特征的基本依据尚未足够合理。在本文中，我们严格研究具有随机权重的模型的特征空间，与训练有素的模型相比。此外，我们提供了一个经验证据，可以选择网络以获取随机特征以获得一致可靠的结果。我们的结果表明，随机网络的功能可以与训练有素的网络相似，可以很好地评估生成模型，此外，这两种功能可以以互补的方式一起使用。

Generative Adversarial Networks (GANs) excel at creating realistic images with complex models for which maximum likelihood is infeasible. However, the convergence of GAN training has still not been proved. We propose a two time-scale update rule (TTUR) for training GANs with stochastic gradient descent on arbitrary GAN loss functions. TTUR has an individual learning rate for both the discriminator and the generator. Using the theory of stochastic approximation, we prove that the TTUR converges under mild assumptions to a stationary local Nash equilibrium. The convergence carries over to the popular Adam optimization, for which we prove that it follows the dynamics of a heavy ball with friction and thus prefers flat minima in the objective landscape. For the evaluation of the performance of GANs at image generation, we introduce the 'Fréchet Inception Distance" (FID) which captures the similarity of generated images to real ones better than the Inception Score. In experiments, TTUR improves learning for DCGANs and Improved Wasserstein GANs (WGAN-GP) outperforming conventional GAN training on CelebA, CIFAR-10, SVHN, LSUN Bedrooms, and the One Billion Word Benchmark.

神经网络在许多科学学科中发挥着越来越大的作用，包括物理学。变形AutoEncoders（VAE）是能够表示在低维潜空间中的高维数据的基本信息，该神经网络具有概率解释。特别是所谓的编码器网络，VAE的第一部分，其将其输入到潜伏空间中的位置，另外在该位置的方差方面提供不确定性信息。在这项工作中，介绍了对AutoEncoder架构的扩展，渔民。在该架构中，借助于Fisher信息度量，不使用编码器中的附加信息信道生成潜在空间不确定性，而是从解码器导出。这种架构具有来自理论观点的优点，因为它提供了从模型的直接不确定性量化，并且还考虑不确定的交叉相关。我们可以通过实验表明，渔民生产比可比较的VAE更准确的数据重建，并且其学习性能也明显较好地缩放了潜伏空间尺寸的数量。

虽然在巨大数据上培训的机器学习模型导致了几个领域的断路器，但由于限制数据的访问，他们在隐私敏感域中的部署仍然有限。在私有数据上具有隐私约束的生成模型可以避免此挑战，而是提供对私有数据的间接访问。我们提出DP-Sinkhorn，一种新的最优传输的生成方法，用于从具有差异隐私的私有数据学习数据分布。 DP-Sinkhorn以差别私人方式在模型和数据之间的模型和数据之间最小化陷阱的分歧，将计算上有效的近似值，并在模型和数据之间使用新技术来控制梯度估计的偏差差异的偏差折衷。与现有的培训方法不同，差异私人生成模型主要基于生成的对抗网络，我们不依赖于对抗性目标，这令人惊叹的难以优化，特别是在隐私约束所施加的噪声存在下。因此，DP-Sinkhorn易于训练和部署。通过实验，我们改进了多种图像建模基准的最先进，并显示了差异私有的信息RGB图像综合。项目页面：https：//nv-tlabs.github.io/dp-sinkhorn。

切片 - Wasserstein距离（SW）越来越多地用于机器学习应用，作为Wassersein距离的替代方案，并提供了显着的计算和统计效益。由于它被定义为随机投影的期望，因此SW通常由Monte Carlo近似。我们通过利用测量现象的浓度来采用新的视角来近似SW：在温和的假设下，高维随机向量的一维突起大致高斯。基于此观察，我们为SW开发了一个简单的确定性近似。我们的方法不需要采样许多随机投影，因此与通常的Monte Carlo近似相比，准确且易于使用。我们派生了我们的方法的非对应保证，并且显示近似误差随着数据分布的弱依赖条件下的弱依赖条件而变为零。我们验证了对合成数据集的理论发现，并说明了在生成建模问题上提出的近似。

生成对抗网络（GAN）是现实图像合成的最新生成模型之一。虽然培训和评估GAN变得越来越重要，但当前的GAN研究生态系统并未提供可靠的基准，以始终如一地进行评估。此外，由于GAN实施很少，因此研究人员将大量时间用于重现基线。我们研究了GAN方法的分类法，并提出了一个名为Studiogan的新开源库。 Studiogan支持7种GAN体系结构，9种调理方法，4种对抗损失，13个正则化模块，3个可区分的增强，7个评估指标和5个评估骨干。通过我们的培训和评估协议，我们使用各种数据集（CIFAR10，ImageNet，AFHQV2，FFHQ和Baby/Papa/Granpa-Imagenet）和3个不同的评估骨干（InceptionV3，Swav，Swav和Swin Transformer）提出了大规模的基准。与GAN社区中使用的其他基准不同，我们在统一的培训管道中培训了包括Biggan，stylegan2和stylegan3在内的代表GAN，并使用7个评估指标量化了生成性能。基准测试评估其他尖端生成模型（例如，stylegan-xl，adm，maskgit和rq-transformer）。 Studiogan提供了预先训练的权重的GAN实现，培训和评估脚本。 Studiogan可从https://github.com/postech-cvlab/pytorch-studiogan获得。

在概率密度范围内相对于Wassersein度量的空间的梯度流程通常具有很好的特性，并且已在几种机器学习应用中使用。计算Wasserstein梯度流量的标准方法是有限差异，使网格上的基础空间离散，并且不可扩展。在这项工作中，我们提出了一种可扩展的近端梯度型算法，用于Wassersein梯度流。我们的方法的关键是目标函数的变分形式，这使得可以通过引流 - 双重优化实现JKO近端地图。可以通过替代地更新内部和外环中的参数来有效地解决该原始问题。我们的框架涵盖了包括热方程和多孔介质方程的所有经典Wasserstein梯度流。我们展示了若干数值示例的算法的性能和可扩展性。

Recent advances in generative modeling have led to an increased interest in the study of statistical divergences as means of model comparison. Commonly used evaluation methods, such as the Fréchet Inception Distance (FID), correlate well with the perceived quality of samples and are sensitive to mode dropping. However, these metrics are unable to distinguish between different failure cases since they only yield one-dimensional scores. We propose a novel definition of precision and recall for distributions which disentangles the divergence into two separate dimensions. The proposed notion is intuitive, retains desirable properties, and naturally leads to an efficient algorithm that can be used to evaluate generative models. We relate this notion to total variation as well as to recent evaluation metrics such as Inception Score and FID. To demonstrate the practical utility of the proposed approach we perform an empirical study on several variants of Generative Adversarial Networks and Variational Autoencoders. In an extensive set of experiments we show that the proposed metric is able to disentangle the quality of generated samples from the coverage of the target distribution.

Training generative adversarial networks (GAN) using too little data typically leads to discriminator overfitting, causing training to diverge. We propose an adaptive discriminator augmentation mechanism that significantly stabilizes training in limited data regimes. The approach does not require changes to loss functions or network architectures, and is applicable both when training from scratch and when fine-tuning an existing GAN on another dataset. We demonstrate, on several datasets, that good results are now possible using only a few thousand training images, often matching StyleGAN2 results with an order of magnitude fewer images. We expect this to open up new application domains for GANs. We also find that the widely used CIFAR-10 is, in fact, a limited data benchmark, and improve the record FID from 5.59 to 2.42.