连续流匹配
ContinuousFlowMatcher
Bases: Interpolant
连续流匹配插值器。
示例
>>> import torch
>>> from bionemo.moco.distributions.prior.continuous.gaussian import GaussianPrior
>>> from bionemo.moco.distributions.time.uniform import UniformTimeDistribution
>>> from bionemo.moco.interpolants.continuous_time.continuous.continuous_flow_matching import ContinuousFlowMatcher
>>> from bionemo.moco.schedules.inference_time_schedules import LinearInferenceSchedule
flow_matcher = ContinuousFlowMatcher(
time_distribution = UniformTimeDistribution(...),
prior_distribution = GaussianPrior(...),
)
model = Model(...)
# Training
for epoch in range(1000):
data = data_loader.get(...)
time = flow_matcher.sample_time(batch_size)
noise = flow_matcher.sample_prior(data.shape)
data, time, noise = flow_matcher.apply_ot(noise, data) # Optional, only for OT
xt = flow_matcher.interpolate(data, time, noise)
flow = flow_matcher.calculate_target(data, noise)
u_pred = model(xt, time)
loss = flow_matcher.loss(u_pred, flow)
loss.backward()
# Generation
x_pred = flow_matcher.sample_prior(data.shape)
inference_sched = LinearInferenceSchedule(...)
for t in inference_sched.generate_schedule():
time = inference_sched.pad_time(x_pred.shape[0], t)
u_hat = model(x_pred, time)
x_pred = flow_matcher.step(u_hat, x_pred, time)
return x_pred
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 |
|
__init__(time_distribution, prior_distribution, prediction_type=PredictionType.DATA, sigma=0, ot_type=None, ot_num_threads=1, data_scale=1.0, device='cpu', rng_generator=None, eps=1e-05)
初始化连续流匹配插值器。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
time_distribution
|
TimeDistribution
|
时间步长的分布,用于为扩散过程采样时间点。 |
必需 |
prior_distribution
|
PriorDistribution
|
变量的先验分布,用作扩散过程的起点。 |
必需 |
prediction_type
|
PredictionType
|
预测类型,可以是“flow”或其他类型。默认为 PredictionType.DATA。 |
DATA
|
sigma
|
Float
|
添加到插值数据的高斯噪声的标准偏差。默认为 0。 |
0
|
ot_type
|
Optional[Union[OptimalTransportType, str]]
|
最优传输的类型(如果适用)。默认为 None。 |
None
|
ot_num_threads
|
int
|
用于 OT 求解器的线程数。如果为“max”,则使用最大线程数。默认为 1。 |
1
|
data_scale
|
Float
|
数据的比例因子。默认为 1.0。 |
1.0
|
device
|
Union[str, device]
|
运行插值器的设备,可以是“cpu”或 CUDA 设备(例如“cuda:0”)。默认为“cpu”。 |
'cpu'
|
rng_generator
|
Optional[Generator]
|
可选的 :class: |
None
|
eps
|
Float
|
防止被零除的小浮点数 |
1e-05
|
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 |
|
apply_ot(x0, x1, mask=None, **kwargs)
在批处理(和掩码)x0 和 x1 之间采样并应用最优传输方案。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
x0
|
Tensor
|
形状 (bs, *dim),来自源小批量的噪声。 |
必需 |
x1
|
Tensor
|
形状 (bs, *dim),来自源小批量的数据。 |
必需 |
mask
|
Optional[Tensor]
|
应用于输出的掩码,形状 (batchsize, nodes),如果未提供,则不应用掩码。默认为 None。 |
None
|
**kwargs
|
要传递给 self.ot_sampler.apply_ot 或在此方法中处理的其他关键字参数。 |
{}
|
返回
名称 | 类型 | 描述 |
---|---|---|
Tuple |
tuple
|
2 个张量的元组,表示遵循 OT 方案 pi 的噪声和数据样本。 |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |
|
calculate_target(data, noise, mask=None)
获取时间 t 的目标向量场。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
noise
|
Tensor
|
来自 prior() 的噪声,形状 (batchsize, nodes, features) |
必需 |
data
|
Tensor
|
目标,形状 (batchsize, nodes, features) |
必需 |
mask
|
Optional[Tensor]
|
应用于输出的掩码,形状 (batchsize, nodes),如果未提供,则不应用掩码。默认为 None。 |
None
|
返回
名称 | 类型 | 描述 |
---|---|---|
Tensor |
Tensor
|
时间 t 的目标向量场。 |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 |
|
get_gt(t, mode='tan', param=1.0, clamp_val=None, eps=0.01)
来自 Geffner 等人。计算不同模式的 gt。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
t
|
Tensor
|
我们将评估的时间,涵盖 [0, 1),形状 [nsteps] |
必需 |
mode
|
str
|
“us”或“tan” |
'tan'
|
param
|
float
|
参数化变换 |
1.0
|
clamp_val
|
Optional[float]
|
用于钳制 gt 的值,如果为 None 则不钳制 |
None
|
eps
|
float
|
小值保持原样 |
0.01
|
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 |
|
interpolate(data, t, noise)
从噪声 (x_0) 和数据 (x_1) 获取给定时间 t 的 x_t。
目前,我们使用线性插值,如以下文献中所定义:1. Rectified flow: https://arxiv.org/abs/2209.03003。2. Conditional flow matching: https://arxiv.org/abs/2210.02747(称为条件最优传输)。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
noise
|
Tensor
|
来自 prior() 的噪声,形状 (batchsize, nodes, features) |
必需 |
t
|
Tensor
|
time,形状 (batchsize) |
必需 |
data
|
Tensor
|
目标,形状 (batchsize, nodes, features) |
必需 |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 |
|
loss(model_pred, target, t=None, xt=None, mask=None, target_type=PredictionType.DATA)
计算给定模型预测、数据样本、时间和掩码的损失。
如果 target_type 为 FLOW,则 loss = ||v_hat - (x1-x0)||2 如果 target_type 为 DATA,则 loss = ||x1_hat - x1||2 * 1 / (1 - t)**2,因为目标向量场 = x1 - x0 = (1/(1-t)) * x1 - xt,其中 xt = tx1 - (1-t)x0。此函数支持 {DATA, FLOW} 中 prediction_type 和 target_type 的任何组合。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
model_pred
|
Tensor
|
来自模型的预测输出。 |
必需 |
target
|
Tensor
|
模型预测的目标输出。 |
必需 |
t
|
Optional[Tensor]
|
模型预测的时间。默认为 None。 |
None
|
xt
|
Optional[Tensor]
|
插值数据。默认为 None。 |
None
|
mask
|
Optional[Tensor]
|
数据点的掩码。默认为 None。 |
None
|
target_type
|
PredictionType
|
目标输出的类型。默认为 PredictionType.DATA。 |
DATA
|
返回
名称 | 类型 | 描述 |
---|---|---|
Tensor |
计算出的损失批张量。 |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 |
|
process_data_prediction(model_output, xt=None, t=None, mask=None)
根据预测类型处理模型输出以生成干净数据。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
model_output
|
Tensor
|
模型的输出。 |
必需 |
xt
|
Tensor
|
xt |
None
|
t
|
Tensor
|
输入样本。 |
None
|
mask
|
Optional[Tensor]
|
t |
None
|
返回
类型 | 描述 |
---|---|
时间步长。 |
mask
类型 | 描述 |
---|---|
应用于模型输出的可选掩码。默认为 None。
|
返回 |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 |
|
ValueError
基于预测类型的数据预测。
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
model_output
|
Tensor
|
模型的输出。 |
必需 |
xt
|
Tensor
|
xt |
None
|
t
|
Tensor
|
输入样本。 |
None
|
mask
|
Optional[Tensor]
|
t |
None
|
返回
类型 | 描述 |
---|---|
Raises |
mask
类型 | 描述 |
---|---|
应用于模型输出的可选掩码。默认为 None。
|
ValueError |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 |
|
如果预测类型不是“flow”。
process_vector_field_prediction(model_output, xt=None, t=None, mask=None)
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
data
|
Tensor
|
根据预测类型处理模型输出以计算向量场。 |
必需 |
返回
类型 | 描述 |
---|---|
Tensor
|
model_output |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 |
|
模型的输出。
xt
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
输入样本。
|
Tensor
|
t |
必需 |
xt
|
Tensor
|
时间步长。 |
必需 |
mask
|
Tensor
|
应用于模型输出的可选掩码。默认为 None。 |
必需 |
t
|
Tensor
|
返回 |
None
|
mask
|
Optional[Tensor]
|
Tensor |
None
|
基于预测类型的向量场预测。
|
Raises
|
ValueError |
如果预测类型不是“flow”或“data”。
|
返回
名称 | 类型 | 描述 |
---|---|---|
scale_data(data) |
Tensor
|
按数据比例因子放大输入数据。 |
data
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 |
|
要放大的输入数据。
xt
返回
Tensor
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
输入样本。
|
Tensor
|
t |
必需 |
xt
|
Tensor
|
时间步长。 |
必需 |
mask
|
Tensor
|
应用于模型输出的可选掩码。默认为 None。 |
必需 |
t
|
Tensor
|
返回 |
必需 |
mask
|
Optional[Tensor]
|
Tensor |
None
|
放大的数据。
|
str
|
step(model_out, xt, dt, t=None, mask=None, center=False) |
'tan'
|
使用 Euler 方法执行单个 ODE 步长积分。
|
Float
|
model_out |
1.0
|
模型在当前时间步长的输出。
|
xt
|
当前中间状态。 |
None
|
dt
|
Float
|
时间步长大小。 |
1.0
|
t
|
Float
|
当前时间。默认为 None。 |
1.0
|
mask
|
Float
|
应用于模型输出的掩码。默认为 None。 |
0.99
|
基于预测类型的向量场预测。
|
Raises
|
ValueError |
如果预测类型不是“flow”或“data”。
|
返回
名称 | 类型 | 描述 |
---|---|---|
scale_data(data) |
Tensor
|
按数据比例因子放大输入数据。 |
center
- Bool
- 是否居中输出。默认为 False。
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 |
|
默认值
False
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
data
|
Tensor
|
返回 |
必需 |
返回
类型 | 描述 |
---|---|
Tensor
|
Tensor |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 |
|
x_next
单步后的系统更新状态,x_(t+dt)。
Notes: - 如果提供了掩码,则在缩放之前将其逐元素应用于模型输出。- 在返回更新状态之前,将调用 clean
方法。
step_score_stochastic(model_out, xt, dt, t, mask=None, gt_mode='tan', gt_p=1.0, gt_clamp=None, score_temperature=1.0, noise_temperature=1.0, t_lim_ode=0.99, center=False)
d x_t = [v(x_t, t) + g(t) * s(x_t, t) * sc_score_scale] dt + \sqrt{2 * g(t) * temperature} dw_t。
目前我们不缩放向量场 v,但可以使用 sc_score_scale 添加此项。
gt_mode
参数
名称 | 类型 | 描述 | 默认值 |
---|---|---|---|
gt 函数的模式。默认为“1/t”。
|
Tensor
|
gt_p |
必需 |
gt 函数的参数。默认为 1.0。
|
Tensor
|
gt_clamp |
必需 |
t
|
Tensor
|
Optional[Float] |
必需 |
返回
类型 | 描述 |
---|---|
Tensor
|
(Float, optional): gt 项的上限。默认为 None。 |
源代码在 bionemo/moco/interpolants/continuous_time/continuous/continuous_flow_matching.py
中
432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 |
|