Discrete diffusion models are a class of generative models that construct sequences by progressively denoising samples from a categorical noise distribution. Beyond their rapidly growing ability to generate coherent natural language, these models present a new and important opportunity to enforce sequence-level constraints, a capability that current autoregressive models cannot natively provide. This paper capitalizes on this opportunity by introducing Constrained Discrete Diffusion (CDD), a novel integration of differentiable constraint optimization within the diffusion process to ensure adherence to constraints, logic rules, or safety requirements for generated sequences. Unlike conventional text generators that often rely on post-hoc filtering or model retraining for controllable generation, CDD directly imposes constraints into the discrete diffusion sampling process, resulting in a training-free and effective approach. Experiments in toxicity-controlled text generation, property-constrained molecule design, and instruction-constrained text completion demonstrate that CDD achieves zero constraint violations in a diverse array of tasks while preserving fluency, novelty, and coherence while outperforming autoregressive and existing discrete diffusion approaches.


翻译:离散扩散模型是一类生成模型,通过逐步去噪来自分类噪声分布的样本来构建序列。除了其快速增长的生成连贯自然语言的能力外,这些模型为强制执行序列级约束提供了新的重要机会,这是当前自回归模型无法原生提供的功能。本文通过引入约束离散扩散(CDD),利用这一机会,在扩散过程中集成可微约束优化,以确保生成的序列符合约束、逻辑规则或安全要求。与通常依赖后处理过滤或模型重新训练来实现可控生成的传统文本生成器不同,CDD直接将约束施加于离散扩散采样过程,形成一种无需训练且有效的方法。在毒性控制文本生成、属性约束分子设计和指令约束文本补全等实验表明,CDD在多种任务中实现了零约束违反,同时保持了流畅性、新颖性和连贯性,且性能优于自回归及现有离散扩散方法。

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