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PyTorch Tensor维度处理详解:创建、聚合与变换

霞舞

霞舞

发布时间:2025-08-24 15:30:19

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来源于php中文网

原创

pytorch tensor维度处理详解:创建、聚合与变换

本文深入解析了PyTorch中Tensor的维度处理方式,涵盖了Tensor创建时size参数的用法,以及torch.Tensor.sum()和torch.Tensor.softmax()等方法中axis参数的行为。通过详细的示例和解释,帮助读者理解PyTorch Tensor在维度上的操作逻辑,从而更有效地利用PyTorch进行深度学习模型的开发和训练。

Tensor 创建

在 PyTorch 中创建 Tensor 时,size 参数用于指定 Tensor 的形状。size 参数接受一个元组,元组中的每个元素代表一个维度的大小。需要注意的是,size 参数指定维度时,是从最后一个元素到第一个元素,即最后一个元素代表列数,倒数第二个元素代表行数,以此类推。

import torch

# 可以简写:
tensor1 = torch.ones((2, 3))
tensor2 = torch.ones(2, 3)

# 不能简写:
tensor3 = torch.randint(10, (2, 3))

print(tensor1.shape) # 输出: torch.Size([2, 3])
print(tensor2.shape) # 输出: torch.Size([2, 3])
print(tensor3.shape) # 输出: torch.Size([2, 3])

以下是一些 size 参数的示例及其对应的 Tensor 描述:

  • (2,): 长度为 2 的行向量,没有第二个维度。
  • (2, 1): 矩阵,看起来像列向量,但实际上是二维的。
  • (1, 2): 矩阵,看起来像行向量,但实际上是二维的。
  • (3, 2): 矩阵。
  • (4, 3, 2): 三维 Tensor("3D 矩阵")。

Tensor 聚合

pytorch.Tensor 类中的许多方法需要一个 axis 参数(通常为 int 或 list of int)。该参数指定了操作沿哪个轴进行。对于由 1 组成的 Tensor(使用 torch.ones(size) 创建),torch.sum(axis=axis) 操作的行为如下:

size axis output shape output
(2,) -1 或 0 [] tensor(2.)
(2,1) -1 或 1 [2] tensor([1., 1.])
(1,2) -1 或 1 [1] tensor([2.])
(3,2) -1 或 1 [3] tensor([2., 2., 2.])
(4,3,2) -1 或 2 [4,3] tensor([[2., 2., 2.],[2., 2., 2.],[2., 2., 2.],[2., 2., 2.]])

从上表可以看出,torch.sum(axis=-1) 总是执行以下两项操作:

  1. 沿列轴求和所有元素。 对于行向量(一维 Tensor),结果是一个数字,它是向量中所有元素的总和;对于只有一列的矩阵,由于只有一行,因此总和等于矩阵的原始值;对于只有一行的矩阵,结果是一个大小为 1 的一维向量,其唯一元素是矩阵中所有元素的总和;对于更高维度的矩阵和 Tensor,求和发生在“每行”,当你考虑到 Tensor 的标准显示时。
  2. 降低维度并“移动”每个轴。 最后一个轴消失,其位置由倒数第二个轴占据,倒数第二个轴的位置由倒数第三个轴占据,依此类推。这可能会令人困惑,因为 PyTorch 似乎“旋转”了结果矩阵,但这种行为是因为 Tensor 中的最后一个维度始终是列数并如此显示。

对于 axis 参数的其他指定,行为类似。

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Tensor 变换

在 Tensor 变换中,原始 Tensor 的形状被保留,但其值被更改。以 torch.softmax() 为例:softmax 变换这些值,使其总和等于 1。softmax transforms the values so that their sum equals one。dim 参数允许你选择沿哪个轴的元素总和等于 1:

import torch

# 对于 dim=-1,沿列的总和等于 1:
tensor4 = torch.randn((2, 2, 2)).softmax(dim=-1)
print(tensor4)

# 对于 dim=-2,沿行的总和等于 1:
tensor5 = torch.randn((2, 2, 2)).softmax(dim=-2)
print(tensor5)

注意事项:

  • 理解 size 参数的顺序对于正确创建 Tensor 至关重要。
  • axis 参数指定了操作沿哪个轴进行,理解其行为对于正确进行 Tensor 聚合和变换至关重要。
  • Tensor 的维度处理是 PyTorch 中一个重要的概念,熟练掌握可以帮助你更有效地利用 PyTorch 进行深度学习模型的开发和训练。

总结:

本文详细介绍了 PyTorch 中 Tensor 的维度处理方式,包括 Tensor 的创建、聚合和变换。通过学习本文,你应该能够更好地理解 PyTorch Tensor 在维度上的操作逻辑,从而更有效地利用 PyTorch 进行深度学习模型的开发和训练。

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