前置

时间方向与记号

扩散和流匹配通常采用相反的时间方向。为避免负号混淆,本篇始终使用:

  • :扩散时间,从数据走向噪声;
  • :流匹配时间,从噪声走向数据。

设扩散的线性高斯边缘重参数化为

其中通常

记扩散边缘密度为 ,score 为

流匹配边缘定义为

从扩散到流匹配

条件流路径

将式 (1) 反转时间。给定数据端点 ,取

因此从参考变量 出发的条件流映射是

若 ,则 的边缘正好是标准高斯;若只是近似满足,流的源分布也只是近似标准高斯。若
,映射在 退化到数据点,以下含
的公式应在 使用并在端点取极限;实践中也可保留正的最小方差。

对式 (4) 求导,并用

得到条件速度

若圆点表示对扩散时间 求导,则

对 VE 扩散,,所以

与高斯条件流的标准构造一致 (Lipman et al., 2022)。

线性 SDE 与概率流 ODE

设式 (1) 的边缘由线性 SDE 产生:

在 的区间内,比较条件均值可得

方差满足

因而

等价地,当 时,

该扩散的正向概率流 ODE 为

它与正向 SDE 共享每个单独时刻的边缘 。

令 。时间反转带来一个负号:

对应的反向时间 SDE(用递增的 表示)为

而式 (13) 中 score 系数为其一半。式 (13) 的 ODE、式 (14) 的反向 SDE 与式 (2) 的反向边缘序列一致,但它们并不是同一个随机过程。

条件速度、score 与边缘速度的一致性

定义扩散后验均值

高斯条件核的 score 恒等式给出

在流时刻 ,对式 (6) 关于后验
求平均:

利用式 (15) 消去 ,再用式 (9)–(10),可得

恰好是式 (13) 的反向概率流速度。因此在密度、可积性和交换条件期望所需的正则性成立时,扩散条件路径的 CFM 边缘场与反向概率流 ODE 一致。

从流匹配到扩散

由流 schedule 构造扩散

反过来,设流匹配采用单边线性高斯条件路径

其中理想端点为

若 ,则流终点是数据分布的高斯平滑,而不是精确的 。

定义扩散 schedule

在 的内部区间,定义

并由式 (10) 计算

。若 ,并且 局部可积、 局部平方可积(或满足更强的
常用 SDE 存在条件),则每个不接触奇异端点的紧子区间上存在形如式 (8) 的
实系数线性扩散,其单时刻边缘满足

若式 (20) 在某处为负,则该 schedule 不能由所假设的标量噪声线性 SDE
实现;所以并非任意高斯插值都自动对应一个扩散过程。理想端点
常使 或 在 时奇异,此时通常
只能断言 SDE 在 上存在,而边缘分布在终点具有式 (21) 指定的极限;
不能无条件声称闭区间上存在常规系数的 SDE。含 的公式均
按内部极限理解。

速度与 score 的互相转换

以下直接在流时间 工作。令

式 (18) 的条件速度为

后验平均后,

另一方面,式 (15) 在流记号下成为

当 时,

把式 (25) 代入式 (23),得到速度的 score 表示:

定义 Wronskian 型系数

若 ,从式 (26) 反解得

这也可由扩散概率流 ODE 经 直接得到;时间反转负号已经包含在
中。

后验均值与速度

把式 (27) 代入式 (25),得到

对线性 schedule

有 。因此在 上,

以及

这些关系与 (Song & Lai, 2024) 中的速度、score 和去噪后验均值转换一致。式 (29) 只是线性高斯条件 schedule:若端点来自独立耦合,它不因此成为最优传输;只有另行采用 OT coupling 时,“最优传输”才来自端点耦合本身。

一致的是边缘,不是路径分布

上述两向转换建立的是

以及与这些边缘相容的概率流速度。它不表示下列对象具有相同的联合路径分布:

  • 扩散 SDE 含有布朗噪声,样本路径几乎处处不可微;
  • 概率流 ODE 或 CNF 在给定初值后是确定性的;
  • CFM 训练中的条件插值还取决于所选端点耦合。

所以“扩散与流匹配等价”应准确理解为:在理想 score/velocity、合法 schedule 和相应正则性条件下,它们可以共享所有单时刻边缘密度;其转移核、跨时刻耦合和完整路径分布一般不同。

Lipman, Y., Chen, R. T. Q., Ben-Hamu, H., Nickel, M., & Le, M. (2022). Flow Matching for Generative Modeling. arXiv Preprint arXiv:2210.02747.
Song, K., & Lai, H. (2024). Unraveling the Connections Between Flow Matching and Diffusion Probabilistic Models in Training-Free Conditional Generation. arXiv Preprint arXiv:2411.07625.