Pytorch中常用的一些函数

文章目录

  • 维度相关
  • 运算
  • 其他
  • 损失函数
  • numpy
  • 神经网络架构相关

维度相关

将tensor转为连续的
Tensor.contiguous() → Tensor

  • 若Tensor不是连续的,则开辟一片新的连续内存,返回与self数据相同的tensor,若本身就是连续的,则返回本身。
  • 关于Pytorch中 tensor 是否连续的一个很好的知乎介绍:https://zhuanlan.zhihu.com/p/64551412

判断tensor是否是连续的
Tensor.is_contiguous() → bool

  • Returns True if self tensor is contiguous in memory in C order.
  • 直观来说:Tensor底层一维数组元素的存储顺序与Tensor按行优先一维展开的元素顺序是否一致。
    这里行优先就指的是上面的 C order,即C语言存储数组就是按行优先
  • tensor的形状由一个元信息定义

求tensor地址
Tensor.data_ptr()

  • 返回tensor第一个元素的地址

求tensor每个维度的步长(底层存储的步长)
Tensor.stride(dim) → tuple or int

  • 返回 tensor 指定维度的stride(即该维度上的两个元素之间相隔多远),若不输入dim,则返回一个tuple表示所有维度的stride。显然,一定会有一个维度的 stride = 0.
  • 若对于所有 i,满足第 i 维的stride等于 i + 1 维的stride乘以第 i+1 维元素数目,且最后一维的 stride 为1,则该tensor是连续的。
    在这里插入图片描述
  • numpy 中张量是否连续的定义:对于任意的 N 维张量 t ,如果满足第 k 维相邻元素间隔 = 第 K+1维 至 最后一维的长度的乘积,则 t 是连续的。
    在这里插入图片描述
    • s k r o w s_k^{row} skrow表示行优先模式下,第k维相邻两个元素之间相隔的字节数
    • itemsize 表示每个元素的字节数
    • d j d_j dj表示固定其他维度时,第 j j j 维元素的个数,即t.shape[j]

Pytorch 和 numpy 中对于连续定义的区别:
两者本质上是一样的,对于 stride的定义指的都是某维度下,相邻元素之间的间隔
Pyotorch中指的是逻辑步长,即相隔的元素位数,而numpy中指的是物理步长,即相隔的字节数
两者转换为: s t r i d e n u m p y = s t r i d e p y t o r c h ∗ i t e m s i z e stride_{numpy} = stride_{pytorch} * itemsize stridenumpy=stridepytorchitemsize

tensor形状变化
torch.transpose(input, dim0, dim1) → Tensor
Tensor.transpose(dim0, dim1) → Tensor

  • Returns a tensor that is a transposed version of input. The given dimensions dim0 and dim1 are swapped.
  • 返回的tensor与原tensor底层使用的是同一份数据,改变其中之一,另一个也会改变
  • 只是新建了一份Tensor元信息,并在新的元信息中重新指定 stride

tensor形状变化
Tensor.permute(*dims) → Tensor

  • *dims (python:int…) – The desired ordering of dimensions
  • 同样不改变底层一维数组存储,只是新建了一份Tensor元信息,并在新的元信息中重新指定 stride
  • 和transpose一样,因为改变了 stride,因此在其之后不能使用 view

tensor形状变化
Tensor.view(*shape) → Tensor
shape (torch.Size or python:int…) – the desired size

  • 输入的形状可以是torch.size() 或者 int。
  • 使用view之前,tensor必须是连续的(contiguous),因此在使用 view 之前可能要先使用 contiguous(),可以直接使用 reshape() , 即reshape 等价于 contiguous + view。是否调用contiguous 取决于输入是否是contiguous的
  • view 方法约定了不修改数组本身,只是使用新的形状查看数据
  • transpose 和 permute 用来调换维度,view用来将数据按行优先排列后指定新的维度

tensor形状变化
torch.reshape(input, shape) → Tensor

  • 返回数据与input相同,形状为shape的tensor
  • 若input为 contiguous 的,则不会进行复制,即输出的tensor 和input指向同一块内存。否则将会进行复制。

去掉某个大小为1的维度
torch.squeeze(input, dim=None, out=None) → Tensor
Tensor.squeeze(dim=None) → Tensor

  • 返回一个tensor,这个tensor是将input的所有维度大小为1维度去掉得到的
  • 若不指定dim,则去掉所有维度为1的维度,若指定维度,且该维度为1,则去掉这个维度

增加一个维度
torch.unsqueeze(input, dim, out=None) → Tensor
Tensor.unsqueeze(dim=None) → Tensor

  • 返回一个tensor,这个tensor是在input的dim位置增加一个维度得到的

tensor堆积
torch.stack(tensors, dim=0, out=None) → Tensor

  • tensors (sequence of Tensors) – sequence of tensors to concatenate
  • 根据指定的维度,将所有的tensor拼接起来,所有tensor的形状应该相同,dim不能超过tensor的维度
  • 举个例子:若 d = torch.stack([a,b],dim = x)
    • 若x = 0,则结果为 d[0] = a, d[1] = b
    • 若x = 1,则结果为 d[0] = [a[0], b[0]], d[1] = [a[1],b[1]]
    • 若x = 2,则结果为 d[0] = [ a[0][0] b[0][0], a[0][1] b[0][1],···]
    • 即将dim维度拼接起来。
    • 一个具体的解释:https://blog.csdn.net/Teeyohuang/article/details/80362756

tensor划分
torch.split(tensor, split_size_or_sections, dim=0)

  • 沿着维度dim将tensor划分成 chunk,若split_size_or_sections 为整数,则等大小划分,最后一块可能会小一些。若为list,则按照list指定的大小进行划分。返回值是一个tuple,每个位置是划分好的tensor

tensor拼接
torch.cat(tensors, dim=0, out=None) → Tensor

  • 参数解释
    Pytorch中常用的一些函数_第1张图片
  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第2张图片

运算

tensor点乘
torch.mul(input, other, out=None)
Tensor.mul(other) → Tensor

  • input 为输入的tensor,other可以是一个缩放因子,与tensor所有元素相乘,也可以是另一个tensor,实现矩阵点乘。
  • 若两个tensor形状能broadcast,则形状可以不同,如(1,4) 和 (4,1)。

矩阵乘法
torch.mm(input, mat2, out=None) → Tensor
Tensor.mm(mat2) → Tensor

  • 矩阵乘法,这个函数不会broadcast

各种乘法
torch.matmul(input, other, out=None) → Tensor

  • 较为复杂,下图为一些例子
    Pytorch中常用的一些函数_第3张图片

batch矩阵乘法
torch.bmm(input, mat2, out=None) → Tensor

  • batch 矩阵乘法
    在这里插入图片描述
    Pytorch中常用的一些函数_第4张图片

其他

PyTorch 中,nn 与 nn.functional 有很多相同的函数,它们有什么区别?

  • 知乎回答:https://www.zhihu.com/question/66782101
  • 简单来说,nn不需要自己管理参数,而后者需要自己管理参数,且后者不能与nn.Sequential合用。
  • 推荐具有学习参数的使用nn,无学习参数的使用nn.functional
  • 注意 dropout,当使用model.eval()后,nn.functional.dropout()是不会自动关闭的。

python 3.7 中可以对函数定义进行注释
一个简单的例子:def function(a: int = 4, b: str =“nihao”) -> str

  • 详细请看博客:https://blog.csdn.net/finalkof1983/article/details/87943032

list, numpy, pytorch 相互转化

  • list转numpy:ndarray = np.array(list)
  • list转torch.Tensor:tensor=torch.Tensor(list)
  • numpy 转torch.Tensor:tensor = torch.from_numpy(ndarray)
  • numpy 转 list:list = ndarray.tolist()
  • torch.Tensor 转 numpy:ndarray = tensor.numpy()
    • gpu上的tensor不能直接转为numpy:ndarray = tensor.cpu().numpy()
  • torch.Tensor 转 list:list = tensor.numpy().tolist() 先转numpy后转list

解决 tqdm 一直往下滚动
是因为进度条太长了,设置nclos即可

for i in tqdm(range(100),ncols=80)
    j = i*i 

损失函数

torch.nn.CrossEntropyLoss(weight=None, size_average=None, ignore_index=-100, reduce=None, reduction=‘mean’)

  • 用于多分类。参数不常用,这里不介绍了。
  • 一个介绍:https://blog.csdn.net/geter_CS/article/details/84857220
  • 输入输出格式
    Pytorch中常用的一些函数_第5张图片
  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第6张图片

numpy

np.allclose(matrix1, matrix2)

  • 比较两个矩阵所有元素是否相同,误差在 1e-5 之内

神经网络架构相关

线性层
torch.nn.Linear(in_features, out_features, bias=True)
Pytorch中常用的一些函数_第7张图片
Pytorch中常用的一些函数_第8张图片

  • 输入的最后一个维度与 in_features 相等,将其转化为 out_features
  • Linear的参数形状为(out_features, in_features)

LSTM
torch.nn.LSTM(*args, **kwargs)

  • 参数:(input_size, hidden_size, num_layers):输入维度,隐藏层维度,层数
    • 层数表示多层LSTM stack在一起,后一层以前一层的隐藏层输出为输入
    • 其余参数有:bias(True False)、batch_first(如果为真,则输入输出的格式为(batch, seq, feature))、dropout(层与层之间的dropout,最后一层无,默认为0)、bidirectional
  • Inputs: input, (h_0, c_0):
    • input:(seq_len, batch, input_size)
    • h_0 :(num_layers * num_directions, batch, hidden_size)
    • c_0 : (num_layers * num_directions, batch, hidden_size)
    • 若h_0 和 c_0 没有提供,则初始化为0
  • Outputs: output, (h_n, c_n):
    • output:(seq_len, batch, num_directions * hidden_size)
    • h_n: (num_layers * num_directions, batch, hidden_size)
    • c_n: (num_layers * num_directions, batch, hidden_size)
  • 注:输入也可以是 packed variable length sequencetorch.nn.utils.rnn.pack_padded_sequence()

RNN的输入处理
torch.nn.utils.rnn.pack_padded_sequence(input, lengths, batch_first=False, enforce_sorted=True)

  • 一个详细的介绍:https://zhuanlan.zhihu.com/p/34418001
  • 将padded过的序列进行“打包”,即将padded过的数据进行压缩,经过LSTM时不会用到padded位置的数据。具体参数含义见下图
    Pytorch中常用的一些函数_第9张图片

RNN的输出处理
torch.nn.utils.rnn.pad_packed_sequence(sequence, batch_first=False, padding_value=0.0, total_length=None)

  • pack_padded_sequence()的逆操作,将压缩后的序列重新“解压”,即重新进行padded。具体参数见下图
    Pytorch中常用的一些函数_第10张图片
  • 返回值为一个tuple(包含所有tensor)和一个包含每一个序列长度的tensor
    • Tuple of Tensor containing the padded sequence, and a Tensor containing the list of lengths of each sequence in the batch.

一维卷积
torch.nn.Conv1d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride=1, padding=0, dilation=1, groups=1, bias=True, padding_mode=‘zeros’)

  • 参数说明
    • in_channels (int):输入信号的通道,在NLP中就是词向量(/嵌入)维度。
    • out_channels (int):输出信号的通道,即filter的个数,在NLP中指输出的维度。
    • kernel_size (int or tuple):卷积核的大小,在NLP中指扫过几个词。若将序列的词向量展开,则卷积核大小为 kernel_size * in_channels,就像二维卷积一样
    • stride(int or tuple, optional) :步长
    • padding (int or tuple, optional) :输入的每一条边补充0的层数
    • dilation(int or tuple, `optional``) – 卷积核元素之间的间距
    • bias(bool, optional) :添加偏置
  • 输入:(batch_size, in_channels, seq_len)
  • 输出:(batch_size, out_channels, seq_len_out)
    • seq_len_out 计算: s e q _ l e n − k e r n e l _ s i z e s t r i d e + 1 \frac{seq\_len - kernel\_size}{stride} + 1 strideseq_lenkernel_size+1

最大池化
torch.nn.MaxPool1d(kernel_size, stride=None, padding=0, dilation=1, return_indices=False, ceil_mode=False)

  • kernel_size:window的大小。其他参数如下
    Pytorch中常用的一些函数_第11张图片
  • 输入与输出的形状
    Pytorch中常用的一些函数_第12张图片
  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第13张图片

平均池化
torch.nn.AvgPool1d(kernel_size, stride=None, padding=0, ceil_mode=False, count_include_pad=True)

  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第14张图片

LSTMCell
torch.nn.LSTMCell(input_size, hidden_size, bias=True)

  • 参数与LSTM类似
  • 输入输出格式如下
    Pytorch中常用的一些函数_第15张图片
  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第16张图片
  • 若每个时间步的输入与上一时间步的输出有关系(若seq2seq的解码器),则使用LSTMCell。当然也可以使用LSTM,输入为(seq_len, batch_size, input_features),其中的 seq_len = 1 即可。

嵌入查询表
torch.nn.Embedding(num_embeddings, embedding_dim, padding_idx=None, max_norm=None, norm_type=2.0, scale_grad_by_freq=False, sparse=False, _weight=None)

  • 经常用来存储词向量,输入下标即可得到对应的词向量
  • 参数:
    • num_embeddings (python:int) :词表大小
    • embedding_dim (python:int):嵌入维度
    • padding_idx (python:int, optional):若给出,则在对应index进行pad,默认为0
    • max_norm (python:float, optional) :若给出,若词向量中存在大于max_norm的数,则将其变为 max_norm
  • 词向量被初始化为标准正态分布
  • 输入与输出
    在这里插入图片描述
  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第17张图片

nn.EMbedding()的类方法
from_pretrained(embeddings, freeze=True, padding_idx=None, max_norm=None, norm_type=2.0, scale_grad_by_freq=False, sparse=False)

  • 重要的参数含义
    Pytorch中常用的一些函数_第18张图片
  • 使用示例
    Pytorch中常用的一些函数_第19张图片

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