pytorch中的reshape()、view()、nn.flatten()和flatten()

在使用pytorch定义神经网络结构时，经常会看到类似如下的.view() / flatten()用法，这里对其用法做出讲解与演示。

torch.reshape用法

reshape()可以由torch.reshape(),也可由torch.Tensor.reshape()调用，
其作用是在不改变tensor元素数目的情况下改变tensor的shape。

torch.reshape() 需要两个参数，一个是待被改变的张量tensor，一个是想要改变的形状。

torch.reshape(input, shape) → Tensor
input(Tensor)-要重塑的张量
shape（python的元组：ints）-新形状`

案例1
输入：

import torch

a = torch.tensor([[0,1],[2,3]])
x = torch.reshape(a,(-1,))
print (x)

b = torch.arange(4.)
Y = torch.reshape(a,(2,2))
print(Y)

结果：

tensor([0, 1, 2, 3])
tensor([[0, 1],
[2, 3]])

torch.view用法

view()的原理很简单，其实就是把原先tensor中的数据进行排列，排成一行，然后根据所给的view()中的参数从一行中按顺序选择组成最终的tensor。
view()可以有多个参数，这取决于你想要得到的是几维的tensor，一般设置两个参数，也是神经网络中常用的（一般在全连接之前），代表二维。
view(h,w)，h代表行（想要变为几行），当不知道要变为几行，但知道要变为几列时可取-1；w代表的是列（想要变为几列），当不知道要变为几列，但知道要变为几行时可取-1。

一、普通用法（手动调整）

view()相当于reshape、resize，重新调整Tensor的形状。
案例2.
输入

import torch
a1 = torch.arange(0,16)
print(a1)

输出

tensor([ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15])

输入

a2 = a1.view(8, 2)
a3 = a1.view(2, 8)
a4 = a1.view(4, 4)

print(a2)
print(a3)
print(a4)

输出

tensor([[ 0, 1],
[ 2, 3],
[ 4, 5],
[ 6, 7],
[ 8, 9],
[10, 11],
[12, 13],
[14, 15]])
tensor([[ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]])
tensor([[ 0, 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11],
[12, 13, 14, 15]])

二、特殊用法：参数-1（自动调整size）

view中一个参数定为-1，代表自动调整这个维度上的元素个数，以保证元素的总数不变。
输入

import torch
a1 = torch.arange(0,16)
print(a1)

输出

tensor([ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15])

输入

a2 = a1.view(-1, 16)
a3 = a1.view(-1, 8)
a4 = a1.view(-1, 4)
a5 = a1.view(-1, 2)
a6 = a1.view(4*4, -1)
a7 = a1.view(1*4, -1)
a8 = a1.view(2*4, -1)

print(a2)
print(a3)
print(a4)
print(a5)
print(a6)
print(a7)
print(a8)

输出

tensor([[ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]])
tensor([[ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]])
tensor([[ 0, 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11],
[12, 13, 14, 15]])
tensor([[ 0, 1],
[ 2, 3],
[ 4, 5],
[ 6, 7],
[ 8, 9],
[10, 11],
[12, 13],
[14, 15]])
tensor([[ 0],
[ 1],
[ 2],
[ 3],
[ 4],
[ 5],
[ 6],
[ 7],
[ 8],
[ 9],
[10],
[11],
[12],
[13],
[14],
[15]])
tensor([[ 0, 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11],
[12, 13, 14, 15]])
tensor([[ 0, 1],
[ 2, 3],
[ 4, 5],
[ 6, 7],
[ 8, 9],
[10, 11],
[12, 13],
[14, 15]])

torch.nn.Flatten(start_dim=1,end_dim=-1)

start_dim与end_dim分别表示开始的维度和终止的维度，默认值为1和-1，其中1表示第一维度，-1表示最后的维度。结合起来看意思就是从第一维度到最后一个维度全部给展平为张量。（注意：数据的维度是从0开始的，也就是存在第0维度，第一维度并不是真正意义上的第一个）。
因为其被用在神经网络中，输入为一批数据，第 0 维为batch（输入数据的个数），通常要把一个数据拉成一维，而不是将一批数据拉为一维。所以torch.nn.Flatten()默认从第一维开始平坦化。

使用nn.Flatten()，使用默认参数

官方给出的示例：

input = torch.randn(32, 1, 5, 5)
# With default parameters
m = nn.Flatten()
output = m(input)
output.size()
#torch.Size([32, 25])
# With non-default parameters
m = nn.Flatten(0, 2)
output = m(input)
output.size()
#torch.Size([160, 5])

#开头的代码是注释
整段代码的意思是：给定一个维度为（32,1,5,5）的随机数据。
1.先使用一次nn.Flatten()，使用默认参数：

m = nn.Flatten()

也就是说从第一维度展平到最后一个维度，数据的维度是从0开始的，第一维度实际上是数据的第二位置代表的维度，也就是样例中的1。
因此进行展平后的结果也就是[32，155]→[32，25]

2.接着再使用一次指定参数的nn.Flatten(),即

m = nn.Flatten(0,2)

也就是说从第0维度展平到第2维度，0~2，对应的也就是前三个维度。
因此结果就是[3215，5]→[160，25]

torch.flatten

torch.flatten()函数经常用于写分类神经网络的时候，经过最后一个卷积层之后，一般会再接一个自适应的池化层，输出一个BCHW的向量。这时候就需要用到torch.flatten()函数将这个向量拉平成一个Bx的向量(其中，x = CHW)，然后送入到FC层中。

语句结构

 torch.flatten(input, start_dim=0, end_dim=-1)

input: 一个 tensor，即要被“摊平”的 tensor。
start_dim: “摊平”的起始维度。
end_dim: “摊平”的结束维度。
作用与 torch.nn.flatten 类似，都是用于展平 tensor 的，只是 torch.flatten 是 function 而不是类，其默认开始维度为第 0 维。例1：

import torch

data_pool = torch.randn(2,2,3,3) # 模拟经过最后一个池化层或自适应池化层之后的输出，Batchsize*c*h*w
print(data_pool)

y=torch.flatten(data_pool,1)
print(y)

输出结果：

结果是一个B*x的向量。

本文源于多篇资料的提炼汇总，部分参考资料如下。
参考资料：参考1;参考2；参考3；参考4