pytorch中unsqueeze()、squeeze()、expand()、repeat()、view()、和cat()函数的总结

        学习Bert模型中，需要使用到pytorch来进行tensor的操作，由于对pytorch和tensor的不熟悉，就把pytorch中常用的有关tensor操作的unsqueeze()、squeeze()、expand()、view()、cat()和repeat()等函数做一个总结，加深记忆。

1、unsqueeze()和squeeze()

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

unsqueeze()的作用是用来增加给定tensor的维度的，unsqueeze(dim)就是在维度序号为dim的地方给tensor增加一维。例如：维度为torch.Size([768])的tensor要怎样才能变为torch.Size([1, 768, 1])呢？就可以用到unsqueeze()，直接上代码：

a=torch.randn(768)
print(a.shape)  # torch.Size([768])
a=a.unsqueeze(0)
print(a.shape)  #torch.Size([1, 768])
a = a.unsqueeze(2)
print(a.shape)  #torch.Size([1, 768, 1])

也可以直接使用链式编程：

a=torch.randn(768)
print(a.shape)  # torch.Size([768])
a=a.unsqueeze(1).unsqueeze(0)
print(a.shape) #torch.Size([1, 768, 1])

tensor经过unsqueeze()处理之后，总数据量不变；维度的扩展类似于list不变直接在外面加几层[]括号。

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

squeeze()的作用就是压缩维度，直接把维度为1的维给去掉。形式上表现为，去掉一层[]括号。

同时，输出的张量与原张量共享内存，如果改变其中的一个，另一个也会改变。

a=torch.randn(2,1,768)
print(a)
print(a.shape) #torch.Size([2, 1, 768])
a=a.squeeze()
print(a)
print(a.shape) #torch.Size([2, 768])

图片中的维度信息就不一样，红框中的括号层数不同。

注意的是：squeeze()只能压缩维度为1的维；其他大小的维不起作用。

a=torch.randn(2,768)
print(a.shape) #torch.Size([2, 768])
a=a.squeeze()
print(a.shape) #torch.Size([2, 768])

2、expand()

这个函数的作用就是对指定的维度进行数值大小的改变。只能改变维大小为1的维，否则就会报错。不改变的维可以传入-1或者原来的数值。

torch.Tensor.expand(*sizes) → Tensor

返回张量的一个新视图，可以将张量的单个维度扩大为更大的尺寸。

a=torch.randn(1,1,3,768)
print(a) 
print(a.shape) #torch.Size([1, 1, 3, 768])
b=a.expand(2,-1,-1,-1)
print(b)
print(b.shape) #torch.Size([2, 1, 3, 768])
c=a.expand(2,1,3,768)
print(c.shape) #torch.Size([2, 1, 3, 768])

可以看到b和c的维度是一样的

第0维由1变为2，可以看到就直接把原来的tensor在该维度上复制了一下。

3、repeat()

repeat(*sizes)

沿着指定的维度，对原来的tensor进行数据复制。这个函数和expand()还是有点区别的。expand()只能对维度为1的维进行扩大，而repeat()对所有的维度可以随意操作。

a=torch.randn(2,1,768)
print(a)
print(a.shape) #torch.Size([2, 1, 768])
b=a.repeat(1,2,1)
print(b)
print(b.shape) #torch.Size([2, 2, 768])
c=a.repeat(3,3,3)
print(c)
print(c.shape) #torch.Size([6, 3, 2304])

b表示对a的对应维度进行乘以1，乘以2，乘以1的操作，所以b：torch.Size([2, 1, 768])

c表示对a的对应维度进行乘以3，乘以3，乘以3的操作，所以c：torch.Size([6, 3, 2304])

a:

b

c

4、view()

tensor.view()这个函数有点类似reshape的功能，简单的理解就是：先把一个tensor转换成一个一维的tensor，然后再组合成指定维度的tensor。例如：

word_embedding=torch.randn(16,3,768)
print(word_embedding.shape)
new_word_embedding=word_embedding.view(8,6,768)
print(new_word_embedding.shape)

当然这里指定的维度的乘积一定要和原来的tensor的维度乘积相等，不然会报错的。16*3*768=8*6*768

另外当我们需要改变一个tensor的维度的时候，知道关键的维度，有不想手动的去计算其他的维度值，就可以使用view(-1)，pytorch就会自动帮你计算出来。

word_embedding=torch.randn(16,3,768)
print(word_embedding.shape)
new_word_embedding=word_embedding.view(-1)
print(new_word_embedding.shape)
new_word_embedding=word_embedding.view(1,-1)
print(new_word_embedding.shape)
new_word_embedding=word_embedding.view(-1,768)
print(new_word_embedding.shape)

结果如下：使用-1以后，就会自动得到其他维度维。

需要特别注意的是：view（-1,-1）这样的用法就会出错。也就是说view()函数中只能出现单个-1。

5、cat()

cat(seq,dim,out=None)，表示把两个或者多个tensor拼接起来。

其中 seq表示要连接的两个序列，以元组的形式给出，例如:seq=(a,b), a,b 为两个可以连接的序列

dim 表示以哪个维度连接，dim=0, 横向连接   dim=1,纵向连接

a=torch.randn(4,3)
b=torch.randn(4,3)

c=torch.cat((a,b),dim=0)#横向拼接，增加行 torch.Size([8, 3])
print(c.shape)
d=torch.cat((a,b),dim=1)#纵向拼接，增加列 torch.Size([4, 6])
print(d.shape)

还有一种写法：cat(list,dim,out=None)，其中list中的元素为tensor。

tensors=[]
for i in range(10):
    tensors.append(torch.randn(4,3))
a=torch.cat(tensors,dim=0) #torch.Size([40, 3])
print(a.shape)
b=torch.cat(tensors,dim=1) #torch.Size([4, 30])
print(b.shape)

结果：

torch.Size([40, 3])
torch.Size([4, 30])

 

参考文章：1、https://blog.csdn.net/york1996/article/details/81949843

参考文章：2、https://blog.csdn.net/xrinosvip/article/details/81164697