PyTorch中Tensor的維度變換實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2019年08月18日 16:52:57 作者：Steven·簡(jiǎn)談

這篇文章主要介紹了PyTorch中Tensor的維度變換實(shí)現(xiàn)，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

對(duì)于 PyTorch 的基本數(shù)據(jù)對(duì)象 Tensor (張量)，在處理問(wèn)題時(shí)，需要經(jīng)常改變數(shù)據(jù)的維度，以便于后期的計(jì)算和進(jìn)一步處理，本文旨在列舉一些維度變換的方法并舉例，方便大家查看。

維度查看：torch.Tensor.size()

查看當(dāng)前 tensor 的維度

舉個(gè)例子：

>>> import torch
>>> a = torch.Tensor([[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]])
>>> a.size()
torch.Size([1, 3, 2])

張量變形：torch.Tensor.view(*args) → Tensor

返回一個(gè)有相同數(shù)據(jù)但大小不同的 tensor。返回的 tensor 必須有與原 tensor 相同的數(shù)據(jù)和相同數(shù)目的元素，但可以有不同的大小。一個(gè) tensor 必須是連續(xù)的 contiguous() 才能被查看。

舉個(gè)例子：

>>> x = torch.randn(2, 9)
>>> x.size()
torch.Size([2, 9])
>>> x
tensor([[-1.6833, -0.4100, -1.5534, -0.6229, -1.0310, -0.8038, 0.5166, 0.9774,
     0.3455],
    [-0.2306, 0.4217, 1.2874, -0.3618, 1.7872, -0.9012, 0.8073, -1.1238,
     -0.3405]])
>>> y = x.view(3, 6)
>>> y.size()
torch.Size([3, 6])
>>> y
tensor([[-1.6833, -0.4100, -1.5534, -0.6229, -1.0310, -0.8038],
    [ 0.5166, 0.9774, 0.3455, -0.2306, 0.4217, 1.2874],
    [-0.3618, 1.7872, -0.9012, 0.8073, -1.1238, -0.3405]])
>>> z = x.view(2, 3, 3)
>>> z.size()
torch.Size([2, 3, 3])
>>> z
tensor([[[-1.6833, -0.4100, -1.5534],
     [-0.6229, -1.0310, -0.8038],
     [ 0.5166, 0.9774, 0.3455]],

    [[-0.2306, 0.4217, 1.2874],
     [-0.3618, 1.7872, -0.9012],
     [ 0.8073, -1.1238, -0.3405]]])

可以看到 x 和 y 、z 中數(shù)據(jù)的數(shù)量和每個(gè)數(shù)據(jù)的大小都是相等的，只是尺寸或維度數(shù)量發(fā)生了改變。

壓縮 / 解壓張量：torch.squeeze()、torch.unsqueeze()

torch.squeeze(input, dim=None, out=None)

將輸入張量形狀中的 1 去除并返回。如果輸入是形如(A×1×B×1×C×1×D)，那么輸出形狀就為： (A×B×C×D)

當(dāng)給定 dim 時(shí)，那么擠壓操作只在給定維度上。例如，輸入形狀為: (A×1×B)，squeeze(input, 0) 將會(huì)保持張量不變，只有用 squeeze(input, 1)，形狀會(huì)變成 (A×B)。

返回張量與輸入張量共享內(nèi)存，所以改變其中一個(gè)的內(nèi)容會(huì)改變另一個(gè)。

舉個(gè)例子：

>>> x = torch.randn(3, 1, 2)
>>> x
tensor([[[-0.1986, 0.4352]],

    [[ 0.0971, 0.2296]],

    [[ 0.8339, -0.5433]]])
>>> x.squeeze().size() # 不加參數(shù)，去掉所有為元素個(gè)數(shù)為1的維度
torch.Size([3, 2])
>>> x.squeeze()
tensor([[-0.1986, 0.4352],
    [ 0.0971, 0.2296],
    [ 0.8339, -0.5433]])
>>> torch.squeeze(x, 0).size() # 加上參數(shù)，去掉第一維的元素，不起作用，因?yàn)榈谝痪S有2個(gè)元素
torch.Size([3, 1, 2])
>>> torch.squeeze(x, 1).size() # 加上參數(shù)，去掉第二維的元素，正好為 1，起作用
torch.Size([3, 2])

可以看到如果加參數(shù)，只有維度中尺寸為 1 的位置才會(huì)消失

torch.unsqueeze(input, dim, out=None)

返回一個(gè)新的張量，對(duì)輸入的制定位置插入維度 1

返回張量與輸入張量共享內(nèi)存，所以改變其中一個(gè)的內(nèi)容會(huì)改變另一個(gè)。

如果 dim 為負(fù)，則將會(huì)被轉(zhuǎn)化 dim+input.dim()+1

接著用上面的數(shù)據(jù)舉個(gè)例子：

>>> x.unsqueeze(0).size()
torch.Size([1, 3, 1, 2])
>>> x.unsqueeze(0)
tensor([[[[-0.1986, 0.4352]],

     [[ 0.0971, 0.2296]],

     [[ 0.8339, -0.5433]]]])
>>> x.unsqueeze(-1).size()
torch.Size([3, 1, 2, 1])
>>> x.unsqueeze(-1)
tensor([[[[-0.1986],
     [ 0.4352]]],


    [[[ 0.0971],
     [ 0.2296]]],


    [[[ 0.8339],
     [-0.5433]]]])

可以看到在指定的位置，增加了一個(gè)維度。

擴(kuò)大張量：torch.Tensor.expand(*sizes) → Tensor

返回 tensor 的一個(gè)新視圖，單個(gè)維度擴(kuò)大為更大的尺寸。 tensor 也可以擴(kuò)大為更高維，新增加的維度將附在前面。擴(kuò)大 tensor 不需要分配新內(nèi)存，只是僅僅新建一個(gè) tensor 的視圖，其中通過(guò)將 stride 設(shè)為 0，一維將會(huì)擴(kuò)展位更高維。任何一個(gè)一維的在不分配新內(nèi)存情況下可擴(kuò)展為任意的數(shù)值。

舉個(gè)例子：

>>> x = torch.Tensor([[1], [2], [3]])
>>> x.size()
torch.Size([3, 1])
>>> x.expand(3, 4)
tensor([[1., 1., 1., 1.],
    [2., 2., 2., 2.],
    [3., 3., 3., 3.]])
>>> x.expand(3, -1)
tensor([[1.],
    [2.],
    [3.]])

原數(shù)據(jù)是 3 行 1 列，擴(kuò)大后變?yōu)?3 行 4 列，方法中填 -1 的效果與 1 一樣，只有尺寸為 1 才可以擴(kuò)大，如果不為 1 就無(wú)法改變，而且尺寸不為 1 的維度必須要和原來(lái)一樣填寫進(jìn)去。

重復(fù)張量：torch.Tensor.repeat(*sizes)

沿著指定的維度重復(fù) tensor。不同于 expand()，本函數(shù)復(fù)制的是 tensor 中的數(shù)據(jù)。

舉個(gè)例子：

>>> x = torch.Tensor([1, 2, 3])
>>> x.size()
torch.Size([3])
>>> x.repeat(4, 2)
    [1., 2., 3., 1., 2., 3.],
    [1., 2., 3., 1., 2., 3.],
    [1., 2., 3., 1., 2., 3.]])
>>> x.repeat(4, 2).size()
torch.Size([4, 6])

原數(shù)據(jù)為 1 行 3 列，按行方向擴(kuò)大為原來(lái)的 4 倍，列方向擴(kuò)大為原來(lái)的 2 倍，變?yōu)榱?4 行 6 列。

變化時(shí)可以看成是把原數(shù)據(jù)作成一個(gè)整體，再按指定的維度和尺寸重復(fù)，變成一個(gè) 4 行 2 列的矩陣，其中的每一個(gè)單位都是相同的，再把原數(shù)據(jù)放到每個(gè)單位中。

矩陣轉(zhuǎn)置：torch.t(input, out=None) → Tensor

輸入一個(gè)矩陣（2維張量），并轉(zhuǎn)置0, 1維。可以被視為函數(shù) transpose(input, 0, 1) 的簡(jiǎn)寫函數(shù)。

舉個(gè)例子：

>>> x = torch.randn(3, 5)
>>> x
tensor([[-1.0752, -0.9706, -0.8770, -0.4224, 0.9776],
    [ 0.2489, -0.2986, -0.7816, -0.0823, 1.1811],
    [-1.1124, 0.2160, -0.8446, 0.1762, -0.5164]])
>>> x.t()
tensor([[-1.0752, 0.2489, -1.1124],
    [-0.9706, -0.2986, 0.2160],
    [-0.8770, -0.7816, -0.8446],
    [-0.4224, -0.0823, 0.1762],
    [ 0.9776, 1.1811, -0.5164]])
>>> torch.t(x) # 另一種用法
tensor([[-1.0752, 0.2489, -1.1124],
    [-0.9706, -0.2986, 0.2160],
    [-0.8770, -0.7816, -0.8446],
    [-0.4224, -0.0823, 0.1762],
    [ 0.9776, 1.1811, -0.5164]])

必須要是 2 維的張量，也就是矩陣，才可以使用。

維度置換：torch.transpose()、torch.Tensor.permute()

torch.transpose(input, dim0, dim1, out=None) → Tensor

返回輸入矩陣 input 的轉(zhuǎn)置。交換維度 dim0 和 dim1。輸出張量與輸入張量共享內(nèi)存，所以改變其中一個(gè)會(huì)導(dǎo)致另外一個(gè)也被修改。

舉個(gè)例子：

>>> x = torch.randn(2, 4, 3)
>>> x
tensor([[[-1.2502, -0.7363, 0.5534],
     [-0.2050, 3.1847, -1.6729],
     [-0.2591, -0.0860, 0.4660],
     [-1.2189, -1.1206, 0.0637]],

    [[ 1.4791, -0.7569, 2.5017],
     [ 0.0098, -1.0217, 0.8142],
     [-0.2414, -0.1790, 2.3506],
     [-0.6860, -0.2363, 1.0481]]])
>>> torch.transpose(x, 1, 2).size()
torch.Size([2, 3, 4])
>>> torch.transpose(x, 1, 2)
tensor([[[-1.2502, -0.2050, -0.2591, -1.2189],
     [-0.7363, 3.1847, -0.0860, -1.1206],
     [ 0.5534, -1.6729, 0.4660, 0.0637]],

    [[ 1.4791, 0.0098, -0.2414, -0.6860],
     [-0.7569, -1.0217, -0.1790, -0.2363],
     [ 2.5017, 0.8142, 2.3506, 1.0481]]])
>>> torch.transpose(x, 0, 1).size()
torch.Size([4, 2, 3])
>>> torch.transpose(x, 0, 1)
tensor([[[-1.2502, -0.7363, 0.5534],
     [ 1.4791, -0.7569, 2.5017]],

    [[-0.2050, 3.1847, -1.6729],
     [ 0.0098, -1.0217, 0.8142]],

    [[-0.2591, -0.0860, 0.4660],
     [-0.2414, -0.1790, 2.3506]],

    [[-1.2189, -1.1206, 0.0637],
     [-0.6860, -0.2363, 1.0481]]])

可以對(duì)多維度的張量進(jìn)行轉(zhuǎn)置

torch.Tensor.permute(dims)

將 tensor 的維度換位

接著用上面的數(shù)據(jù)舉個(gè)例子：

>>> x.size()
torch.Size([2, 4, 3])
>>> x.permute(2, 0, 1).size()
torch.Size([3, 2, 4])
>>> x.permute(2, 0, 1)
tensor([[[-1.2502, -0.2050, -0.2591, -1.2189],
     [ 1.4791, 0.0098, -0.2414, -0.6860]],

    [[-0.7363, 3.1847, -0.0860, -1.1206],
     [-0.7569, -1.0217, -0.1790, -0.2363]],

    [[ 0.5534, -1.6729, 0.4660, 0.0637],
     [ 2.5017, 0.8142, 2.3506, 1.0481]]])

直接在方法中填入各個(gè)維度的索引，張量就會(huì)交換指定維度的尺寸，不限于兩兩交換。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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