从 X 入门Pytorch——环境安装建议，Tensor多种构造方式，Tensor的基本操作
本文参加新星计划人工智能(Pytorch)赛道： https://bbs.csdn.net/topics/613989052
满打满算，入门CV的坑已经快一年了，现在忙着换模型，加模块，看效果。
但是最近看了一篇UNet++模型提出者对UNet的剖析和探讨(链接奉上：研习U-Net)，大受震撼，同时结合自己之前在模型创新中吃过的亏，感觉基础不牢，地动山摇，于是开了这篇博文。
Tensor的构建和基础操作
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- 1 环境安装
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- 1.1 自己搭建环境
- 1.2 使用免费环境
- 2 Tensors（张量）
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- 2.1 构造一个Tensor
- 2.2 Tensor张量操作
- 两天之内更新Tensor索引，切片，变化，拼接，拆分和Reduction
1 环境安装
1.1 自己搭建环境
我使用的基本配置：Python3.7+Torch1.12+VsCode+Nvidia 4090
具体的安装，以及出现的问题由于每个人的电脑环境和服务器配置不同，可能出现的问题不同，这里给大家汇总几个不错的安装教程：
- Pytorch安装
- Pytorch安装一步到位
- Pytorch安装 GPU or CPU
1.2 使用免费环境
推荐平台：https://www.kaggle.com/，点进去，点击 +号 -> New NoteBook，达到以下内容：
平台详情页：
去年5月份刚入门的时候，没有显卡，啥也没有，刚开始用一个2018年入手的4000块的笔记本跑的基础知识点，后来用的Kaggle平台，当时跑出的第一个Epoch时，别提多兴奋，希望大家也可以有收获知识的喜悦。
2 Tensors（张量）
Tensors类似于NumPy的ndarrays，同时Tensors可以使用GPU进行加速计算。
2.1 构造一个Tensor
汇总：
| Name | Out |
|---|---|
| torch.empty(a, b, c, …) | 得到一个a×b×c×…维度的未初始化的张量 |
| torch.randn(a, b, c, …) | 得到一个a×b×c×…维度的张量， 数据是从正态分布采样的元素 |
| torch.rand(a, b, c, …) | 得到一个a×b×c×…维度的张量，数据从[0, 1]均匀分布采样的元素 |
| torch.randint(start, end, (a,b,…)) | 得到一个a×b×…维度的张量，数据从[start, end]均匀分布采样的元素 |
| torch.zeros(a, b, c, …) | 得到一个a×b×c×…维度的全0的张量 |
| torch.tensor([列表数据]) | 将列表转化为张量 |
| torch.ones(a, b, c, …) | 得到一个a×b×c×…维度的全1的张量 |
| torch.arange(start, end, step=1).view(a, b, c, …) | 得到一个a×b×c×…维度的数值从start到end的张量,step为步长默认为1 |
| .reshape(a, b, c) | 和view相同的作用 |
| torch.randn_like(Ten_b) | 得到一个维度和Ten_b一样的张量 |
提醒：在以上构建Tensor中，也可以指定数据的类型和设备，如torch.rand(3, 4, dtype=torch.float, device=torch.device('cuda:0')) 生成一个在GPU上的3×4维的正浮点数张量， 用的不多，权当了解。
示例：
构造一个5×3的张量，不进行初始化：
import torch
x = torch.empty(5, 3)
print(x)
out:
tensor([[-3.7930e+34, 9.2065e-43, -3.7930e+34],
[ 9.2065e-43, -3.7930e+34, 9.2065e-43],
[-3.7930e+34, 9.2065e-43, -3.7930e+34],
[ 9.2065e-43, -3.7930e+34, 9.2065e-43],
[-3.7930e+34, 9.2065e-43, -3.7930e+34]])
构造一个随机初始化的张量
x = torch.randn(5, 3)
print(x)
out:
tensor([[ 1.3456, -2.0320, 1.9946],
[-1.2530, 1.5225, 1.2868],
[-1.4888, -0.1697, 0.0157],
[-0.4710, -0.4584, -0.7818],
[ 0.5683, 0.5734, -1.5261]])
构造一个全为0的张量，并且设置数据类型为long
x = torch.zeros(5, 3, dtype=torch.long)
print(x)
out:
tensor([[0, 0, 0],
[0, 0, 0],
[0, 0, 0],
[0, 0, 0],
[0, 0, 0]])
构造一个张量，直接使用数据：
x = torch.tensor([5.55, 3.33])
print(x)
out:
tensor([5.5500, 3.3300])
构造一个全为1的张量，并构造一个和其维度信息相同的随机张量
x = torch.ones(5, 3)
print(x)
y = torch.randn_like(x)
print(y)
out:
tensor([[1., 1., 1.],
[1., 1., 1.],
[1., 1., 1.],
[1., 1., 1.],
[1., 1., 1.]])
tensor([[-0.5396, -0.0499, 0.8502],
[-1.6198, -0.4737, 1.3893],
[-0.4530, 1.4044, 1.1528],
[ 1.6513, -0.2941, 0.6844],
[ 0.6168, -0.5842, 0.9888]])
构造一个有顺序数字组成的张量：
x = torch.arange(1,16).view(5,3) # 前闭后开 .view() 用来改变维度 .reshape() 也是一样可以用来改变维度
print(x)
out:
tensor([[ 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6],
[ 7, 8, 9],
[10, 11, 12],
[13, 14, 15]])
获得张量中的某一个值：
x = torch.arange(1,16).reshape(3,5)
print(x)
x[2][3] = 111
print(x)
print(x[2][3], x[2][3].item()) # .item()用来获取数值，且只能针对1×1的张量
out:
tensor([[ 1, 2, 3, 4, 5],
[ 6, 7, 8, 9, 10],
[11, 12, 13, 14, 15]])
tensor([[ 1, 2, 3, 4, 5],
[ 6, 7, 8, 9, 10],
[ 11, 12, 13, 111, 15]])
tensor(111) 111
获得从连续数值中采样的张量：
x = torch.randint(1, 16,(5, 3))
print(x)
out:
tensor([[ 6, 7, 9],
[ 5, 12, 10],
[15, 10, 10],
[ 5, 11, 13],
[ 2, 13, 8]])
2.2 Tensor张量操作
汇总：
| Name | Out |
|---|---|
| a+b | 对应元素相加 |
| a-b | 对应元素相减 |
| a*b | 对应元素相乘 |
| torch.mm(a, b) | 矩阵相乘 |
| torch.clamp(a, min=x, max=y) | 张量a中小于x的用x代替，大于y的用y代替 |
| torch.round(a) | 小数化整，遵循四舍五入原则 |
a和b都是相同维度的张量
演示：
加法和减法都是对应元素操作，这里不做演示！
点乘和矩阵乘法的不同：
import torch
a = torch.ones(3, 3)
b = torch.arange(1, 10, dtype=torch.float).view(3, 3) # 这里需要给数据规定类型，因为只有float类型可以做矩阵乘法
print(a*b)
print(torch.mm(a, b))
out:
tensor([[1., 2., 3.],
[4., 5., 6.],
[7., 8., 9.]])
tensor([[12., 15., 18.],
[12., 15., 18.],
[12., 15., 18.]])
简单的分段函数作用：
import torch
b = torch.arange(1, 10, dtype=torch.float).view(3, 3)
x = torch.clamp(b, min=3, max=8)
print("b的值：", b)
print("x的值：", x)
out:
b的值： tensor([[1., 2., 3.],
[4., 5., 6.],
[7., 8., 9.]])
x的值： tensor([[3., 3., 3.],
[4., 5., 6.],
[7., 8., 8.]])
小数化整的简单使用：
a = torch.Tensor([-1.1, 0.5, 0.501, -1.8])
print(torch.round(a))
out:
tensor([-1., 0., 1., -2.])
两天之内更新Tensor索引，切片，变化，拼接，拆分和Reduction
文章已更新：Tensor的索引，切片，拼接，拆分，Reduction操作