Pytorch 基础 -tensor 数据结构

torch.Tensor

torch.Tensor 是一种包含单一数据类型元素的多维矩阵，类似于 numpy 的 array。可以使用使用 torch.tensor() 方法将 python 的 list 或序列数据转换成 Tensor 数据，生成的是dtype 默认是 torch.FloatTensor。

注意 torch.tensor() 总是拷贝 data。如果你有一个 tensor data 并且仅仅想改变它的 requires_grad 属性，可用 requires_grad_() 或者 detach() 来避免拷贝。如果你有一个 numpy 数组并且想避免拷贝，请使用 torch.as_tensor()。

1，指定数据类型的 tensor 可以通过传递参数 torch.dtype 和/或者 torch.device 到构造函数生成：

注意为了改变已有的 tensor 的 torch.device 和/或者 torch.dtype, 考虑使用 to() 方法.

>>> torch.ones([2,3], dtype=torch.float64, device="cuda:0")tensor([[1., 1., 1.],        [1., 1., 1.]], device='cuda:0', dtype=torch.float64)>>> torch.ones([2,3], dtype=torch.float32)tensor([[1., 1., 1.],        [1., 1., 1.]])

2，Tensor 的内容可以通过 Python 索引或者切片访问以及修改：

>>> matrix = torch.tensor([[2,3,4],[5,6,7]])>>> print(matrix[1][2])tensor(7)>>> matrix[1][2] = 9>>> print(matrix)tensor([[2, 3, 4],        [5, 6, 9]]

3，使用 torch.Tensor.item() 或者 int() 方法从只有一个值的 Tensor 中获取 Python Number：

>>> x = torch.tensor([[4.5]])>>> xtensor([[4.5000]])>>> x.item()4.5>>> int(x)4

4，Tensor 可以通过参数 requires_grad=True 创建, 这样 torch.autograd 会记录相关的运算实现自动求导：

>>> x = torch.tensor([[1., -1.], [1., 1.]], requires_grad=True)>>> out = x.pow(2).sum()>>> out.backward()>>> x.gradtensor([[ 2.0000, -2.0000], [ 2.0000,  2.0000]])

5，每一个 tensor 都有一个相应的 torch.Storage 保存其数据。tensor 类提供了一个多维的、strided 视图, 并定义了数值操作。

Tensor 数据类型

Torch 定义了七种 CPU Tensor 类型和八种 GPU Tensor 类型：

torch.Tensor 是默认的 tensor 类型（torch.FloatTensor）的简称，即 32 位浮点数数据类型。

Tensor 的属性

Tensor 有很多属性，包括数据类型、Tensor 的维度、Tensor 的尺寸。

• 数据类型：可通过改变 torch.tensor() 方法的 dtype 参数值，来设定不同的 Tensor 数据类型。

• 维度：不同类型的数据可以用不同维度(dimension)的张量来表示。标量为 0 维张量，向量为 1 维张量，矩阵为 2 维张量。彩色图像有 rgb 三个通道，可以表示为 3 维张量。视频还有时间维，可以表示为 4 维张量，有几个中括号 [ 维度就是几。可使用 dim() 方法 获取 tensor 的维度。

• 尺寸：可以使用 shape属性或者 size()方法查看张量在每一维的长度，可以使用 view()方法或者reshape() 方法改变张量的尺寸。Pytorch 框架中四维张量形状的定义是 (N, C, H, W)。

关于如何理解 Pytorch 的 Tensor Shape 可以参考 stackoverflow 上的这个 回答。

样例代码如下：

matrix = torch.tensor([[[1,2,3,4],[5,6,7,8]],                       [[5,4,6,7], [5,6,8,9]]], dtype = torch.float64)print(matrix)               # 打印 tensorprint(matrix.dtype)     # 打印 tensor 数据类型print(matrix.dim())     # 打印 tensor 维度print(matrix.size())     # 打印 tensor 尺寸print(matrix.shape)    # 打印 tensor 尺寸matrix2 = matrix.view(4, 2, 2) # 改变 tensor 尺寸print(matrix2)

程序输出结果如下：

view 和 reshape 的区别

• 两个方法都是用来改变 tensor 的 shape，view() 只适合对满足连续性条件（contiguous）的 tensor 进行操作，而 reshape() 同时还可以对不满足连续性条件的 tensor 进行操作。

• 在满足 tensor 连续性条件（contiguous）时，a.reshape() 返回的结果与 a.view() 相同，都不会开辟新内存空间；不满足 contiguous 时， 直接使用 view() 方法会失败，reshape() 依然有用，但是会重新开辟内存空间，不与之前的 tensor 共享内存，即返回的是 ”副本“（等价于先调用 contiguous() 方法再使用 view() 方法）。更多理解参考这篇文章
  

Tensor 与 ndarray

1，张量和 numpy 数组。可以用 .numpy() 方法从 Tensor 得到 numpy 数组，也可以用 torch.from_numpy 从 numpy 数组得到 Tensor。这两种方法关联的 Tensor 和 numpy 数组是共享数据内存的。可以用张量的 clone方法拷贝张量，中断这种关联。

arr = np.random.rand(4,5)print(type(arr))tensor1 = torch.from_numpy(arr)print(type(tensor1))arr1 = tensor1.numpy()print(type(arr1))"""<class 'numpy.ndarray'><class 'torch.Tensor'><class 'numpy.ndarray'>"""

2，item() 方法和 tolist() 方法可以将张量转换成 Python 数值和数值列表

# item方法和tolist方法可以将张量转换成Python数值和数值列表scalar = torch.tensor(5)  # 标量s = scalar.item()print(s)print(type(s))
tensor = torch.rand(3,2)  # 矩阵t = tensor.tolist()print(t)print(type(t))"""1.0<class 'float'>[[0.8211846351623535, 0.20020723342895508], [0.011571824550628662, 0.2906131148338318]]<class 'list'>"""

创建 Tensor

创建 tensor ，可以传入数据或者维度，torch.tensor() 方法只能传入数据，torch.Tensor() 方法既可以传入数据也可以传维度，强烈建议 tensor() 传数据，Tensor() 传维度，否则易搞混。

传入维度的方法

样例代码：

>>> torch.rand([1,1,3,3])tensor([[[[0.3005, 0.6891, 0.4628],          [0.4808, 0.8968, 0.5237],          [0.4417, 0.2479, 0.0175]]]])>>> torch.normal(2, 3, size=(1, 4))tensor([[3.6851, 3.2853, 1.8538, 3.5181]])>>> torch.full([2, 2], 4)tensor([[4, 4],        [4, 4]])>>> torch.arange(0,10,2)tensor([0, 2, 4, 6, 8])>>> torch.eye(3,3)tensor([[1., 0., 0.],        [0., 1., 0.],        [0., 0., 1.]])

参考资料

• PyTorch：view() 与 reshape() 区别详解
  

• torch.rand和torch.randn和torch.normal和linespace()