张量是一种特殊的数据结构,与数组和矩阵非常相似。在 PyTorch 中,我们使用张量对模型的输入和输出以及模型的参数进行编码。
张量类似于NumPy 的ndarrays,不同之处在于张量可以在 GPU 或其他硬件加速器上运行。事实上,张量和 NumPy 数组通常可以共享相同的底层内存,从而无需复制数据。张量也针对自动微分进行了优化。
import torch
import numpy as np
直接来自数据
张量可以直接从数据中创建。数据类型是自动推断的。
data = [[1, 2],[3, 4]]
x_data = torch.tensor(data)
来自 NumPy 数组
可以从 NumPy 数组创建张量(反之亦然 - 请参阅Bridge with NumPy)。
np_array = np.array(data)
x_np = torch.from_numpy(np_array)
从另一个张量:
除非明确覆盖,否则新张量保留参数张量的属性(形状、数据类型)。
x_ones = torch.ones_like(x_data) # retains the properties of x_data
print(f"Ones Tensor: \n {x_ones} \n")
x_rand = torch.rand_like(x_data, dtype=torch.float) # overrides the datatype of x_data
print(f"Random Tensor: \n {x_rand} \n")
使用随机值或常数值
shape
是张量维度的元组。在下面的函数中,它决定了输出张量的维数。
shape = (2,3,)
rand_tensor = torch.rand(shape)
ones_tensor = torch.ones(shape)
zeros_tensor = torch.zeros(shape)
print(f"Random Tensor: \n {rand_tensor} \n")
print(f"Ones Tensor: \n {ones_tensor} \n")
print(f"Zeros Tensor: \n {zeros_tensor}")
张量属性描述了它们的形状、数据类型和存储它们的设备。
tensor = torch.rand(3,4)
print(f"Shape of tensor: {tensor.shape}")
print(f"Datatype of tensor: {tensor.dtype}")
print(f"Device tensor is stored on: {tensor.device}")
此处全面描述了 100 多种张量运算,包括算术、线性代数、矩阵运算(转置、索引、切片)、采样等。
这些操作中的每一个都可以在 GPU 上运行(速度通常高于 CPU)。如果您使用的是 Colab,请转到运行时 > 更改运行时类型 > GPU 来分配 GPU。
默认情况下,张量是在 CPU 上创建的。我们需要使用 .to
方法将张量显式移动到 GPU(在检查 GPU 可用性之后)。请记住,跨设备复制大型张量在时间和内存方面可能会很昂贵!
# We move our tensor to the GPU if available
if torch.cuda.is_available():
tensor = tensor.to("cuda")
标准的类似 numpy 的索引和切片:
tensor = torch.ones(4, 4)
print(f"First row: {tensor[0]}")
print(f"First column: {tensor[:, 0]}")
print(f"Last column: {tensor[..., -1]}")
tensor[:,1] = 0
print(tensor)
连接张量您可以使用torch.cat
它沿给定维度连接一系列张量。另请参阅torch.stack,这是另一个与 op 略有不同的加入 op 的张量torch.cat
。
t1 = torch.cat([tensor, tensor, tensor], dim=1)
print(t1)
算术运算
# This computes the matrix multiplication between two tensors. y1, y2, y3 will have the same value
y1 = tensor @ tensor.T
y2 = tensor.matmul(tensor.T)
y3 = torch.rand_like(y1)
torch.matmul(tensor, tensor.T, out=y3)
# This computes the element-wise product. z1, z2, z3 will have the same value
z1 = tensor * tensor
z2 = tensor.mul(tensor)
z3 = torch.rand_like(tensor)
torch.mul(tensor, tensor, out=z3)