We introduce CaloFlow, a fast detector simulation framework based on normalizing flows. For the first time, we demonstrate that normalizing flows can reproduce many-channel calorimeter showers with extremely high fidelity, providing a fresh alternative to computationally expensive GEANT4 simulations, as well as other state-of-the-art fast simulation frameworks based on GANs and VAEs. Besides the usual histograms of physical features and images of calorimeter showers, we introduce a new metric for judging the quality of generative modeling: the performance of a classifier trained to differentiate real from generated images. We show that GAN-generated images can be identified by the classifier with nearly 100% accuracy, while images generated from CaloFlow are better able to fool the classifier. More broadly, normalizing flows offer several advantages compared to other state-of-the-art approaches (GANs and VAEs), including: tractable likelihoods; stable and convergent training; and principled model selection. Normalizing flows also provide a bijective mapping between data and the latent space, which could have other applications beyond simulation, for example, to detector unfolding.


翻译:我们引入了基于正常流流的快速检测模拟框架CaloFlow。 我们第一次展示了正常流能复制非常忠实的多通道热量阵列,为计算昂贵的GENANT4模拟提供了新的替代方案,以及基于GANs和VAEs的其他最先进的快速模拟框架。除了通常的卡罗里米阵列物理特征和图像直线图外,我们还引入了一种新的指标,用于判断变异模型质量:受过训练、能够区分真实和生成图像的分类师的性能。我们展示了GAN生成的图像可以由分类师以近100%的准确度来识别,而CaloFlow生成的图像则更能愚弄分类师。更广泛地说,与其它最先进的方法(GANs和VAEs)相比,正常流具有若干优势,包括:可移动的可能性;稳定和趋同式培训;以及原则模型选择。 标准化流还能提供数据与潜在空间之间的双向绘图,这可以超越模拟,进行其他的模拟。

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