图像生成直逼GPT-4o！港科&快手开源测试时扩展新范式

论文第一作者为何浩然，香港科技大学二年级博士，他的研究方向包括强化学习、生成流模型（GFlowNets）以及具身智能，通讯作者为香港科技大学电子与计算机工程系、计算机科学与工程系助理教授潘玲。

测试时扩展（Test-Time Scaling）极大提升了大语言模型的性能，涌现出了如 OpenAI o 系列模型和 DeepSeek R1 等众多爆款。那么，什么是视觉领域的 test-time scaling？又该如何定义？

为了回答这一问题，最近香港科技大学联合快手可灵团队推出Evolutionary Search （EvoSearch）方法，通过提高推理时的计算量来大幅提升模型的生成质量，支持图像和视频生成，支持目前最先进的 diffusion-based 和 flow-based 模型。EvoSearch 无需训练，无需梯度更新，即可在一系列任务上取得显著最优效果，并且表现出良好的 scaling up 能力、鲁棒性和泛化性。

随着测试时计算量提升，EvoSearch 表明 SD2.1 和 Flux.1-dev 也有潜力媲美甚至超过 GPT4o。对于视频生成，Wan 1.3B 也能超过 Wan 14B 和 Hunyuan 13B，展现了 test-time scaling 补充 training-time scaling 的潜力和研究空间

目前，该项目的论文和代码均已开源。

• 论文标题：Scaling Image and Video Generation via Test-Time Evolutionary Search
• 项目主页：https://tinnerhrhe.github.io/evosearch/
• 代码：https://github.com/tinnerhrhe/EvoSearch-codes
• 论文：https://arxiv.org/abs/2505.17618

我们来看 EvoSearch 与其他一些方法的效果对比：

1.Test-Time Scaling 的本质

这里团队将测试时扩展（Test-Time Scaling）和 RL post-training 分开来看，定义前者无需参数更新，后者需要计算资源进行后训练。Test-time scaling 和 RL post-training 本质都是为了激发预训练模型的能力，使其与人类偏好（奖励）对齐。给定一个预训练模型和奖励函数，目的是拟合如下的目标分布：

其中是归一化常数，需要遍历整个状态空间来计算。这是不可行的，因为 diffusion 和 flow 模型的状态空间都是高维的。这导致直接从目标分布采样不可行

2. 当前方法的局限性

诸如 RL 的后训练方法虽然也能从目标分布采样，但需要构造数据以及大量计算资源重新更新模型参数，导致代价很大并且很难 scale up。目前在视觉领域，最有效的 test-time scaling 方法包括 Best-of-N，它基于重要性采样（Importance Sampling）来拟合目标分布采样。Best-of-N 随机采样多个样本，并筛选出奖励最高的 N 个。在基于 diffusion 和 flow 模型的图像和视频生成任务上，Best-of-N 的样本通常是初始噪声。

最近的一些工作提出了更高级的采样方法，可以统一称为 Particle Sampling。这类方法将搜索空间拓展为整条去噪轨迹，在去噪过程中不断保留好的样本，并丢掉表现差的样本（类似 beam search）。这类方法虽然也能表现出 scaling up 性质，但缺少探索新的状态空间能力，并且会减少生成样本的多样性

团队做了一个小实验，当目标分布和预训练分布不一致（甚至可能是 o.o.d.），基于学习的 RL 方法会出现奖励过优化的现象（reward over-optimization）。诸如 best-of-N 和 particle sampling 的搜索方法也不能找到目标分布所有的模态。但团队的方法 EvoSearch 成功拟合了目标分布，并且取得了最高的奖励值

3. EvoSearch 解读

团队将图像和视频生成的 test-time scaling 问题重构成演化搜索问题。

EvoSearch 框架图

团队的方法受如下的洞见启发：他们发现在整个去噪轨迹中，高质量的样本往往会聚集在一起。因此，当搜索到高质量的父代，则可以在父代周围的空间进行探索从而有效找到更高质量的样本。从下图可以看到去噪轨迹中的样本在低维空间的分布与奖励空间具有强相关性。

基于此，团队设计了如下两种变异模式：

• 初始噪声变异：EvoSearch 通过如下正交操作保持初始噪声仍然符合高斯分布

这些变异方式一方面加强了对于新的状态空间探索，另一方面又避免了偏离去噪轨迹的预训练分布。

我们定义了evolution schedulepopulation size schedule来进行演化搜索，这两种 schedule 的设置取决于可用的测试时计算量大小。

EvoSearch 算法伪代码如下：

4.EvoSearch 实验结果

1. 对于图片生成任务，在 Stable Diffusion 2.1 和 Flux.1-dev 上，EvoSearch 展示了最优的 scaling up 性质。即使测试时计算量扩大了 1e4 量级，仍能保持上升势头。对于视频生成任务，EvoSearch 在 VBench，VBench2.0 以及 VideoGen-Eval 中的 prompts 上也能达到最高的 reward 提升幅度。

2.EvoSearch 也能泛化到分布外（unseen）的评估指标，显示了最优的泛化性和鲁棒性。

3. EvoSearch 在人类评估上也达到最优胜率。这得益于他高的生成多样性，平衡了 exploration 和 exploitation。

4. 下面是更多的可视化结果：

更多细节请见原论文和项目网站。