Pytorch Tensor维度变换

红太狼 2022-01-07 05:55 287阅读 0赞

1. 改变shape

torch.reshape()、torch.view()可以调整Tensor的shape，返回一个新shape的Tensor，torch.view()是老版本的实现，torch.reshape()是最新的实现，两者在功能上是一样的。

示例代码：

import torch
    
    a = torch.rand(4, 1, 28, 28)
    print(a.shape)
    print(a.view(4 * 1, 28, 28).shape)
    print(a.reshape(4 * 1, 28, 28).shape)
    print(a.reshape(4, 1 * 28 * 28).shape)

输出结果：

torch.Size([4, 1, 28, 28])
    torch.Size([4, 28, 28])
    torch.Size([4, 28, 28])
    torch.Size([4, 784])

注意：维度变换的时候要注意实际意义。

2. 增加维度

torch.unsqueeze(index)可以为Tensor增加一个维度，增加的这一个维度的位置由我们自己定义，新增加的这一个维度不会改变数据本身，只是为数据新增加了一个组别，这个组别是什么由我们自己定义。

比如定义了一个Tensor：

a = torch.randn(4, 1, 28, 28)

这个Tensor有4个维度，我们可以在现有维度的基础上插入一个新的维度，插入维度的index在\[-a.dim()-1, a.dim()+1\]范围内，并且当index>=0，则在index前面插入这个新增加的维度；当index < 0，则在index后面插入这个新增的维度。

示例代码：

print(a.shape)
    print(a.unsqueeze(0).shape)
    print(a.unsqueeze(-1).shape)
    print(a.unsqueeze(3).shape)
    print(a.unsqueeze(4).shape)
    print(a.unsqueeze(-4).shape)
    print(a.unsqueeze(-5).shape)
    print(a.unsqueeze(5).shape)

输出结果：

torch.Size([4, 1, 28, 28])
    torch.Size([1, 4, 1, 28, 28])
    torch.Size([4, 1, 28, 28, 1])
    torch.Size([4, 1, 28, 1, 28])
    torch.Size([4, 1, 28, 28, 1])
    torch.Size([4, 1, 1, 28, 28])
    torch.Size([1, 4, 1, 28, 28])
    Traceback (most recent call last):
      File "/home/lhy/workspace/mmdetection/my_code/pytorch_ws/tensotr_0.py", line 218, in <module>
        print(a.unsqueeze(5).shape)
    IndexError: Dimension out of range (expected to be in range of [-5, 4], but got 5)

在执行a.unsqueeze(5)时报错，是因为超出了index的范围。

3. 删减维度

删减维度实际上是一个维度挤压的过程，直观地看是把那些多余的`[]`给去掉，也就是只是去删除那些size=1的维度。

import torch
    
    a = torch.Tensor(1, 4, 1, 9)
    print(a.shape)
    print(a.squeeze().shape) # 删除所有的size=1的维度
    print(a.squeeze(0).shape) # 删除0号维度,ok
    print(a.squeeze(2).shape) # 删除2号维度,ok
    print(a.squeeze(3).shape) # 删除3号维度,但是3号维度是9不是1,删除失败

输出结果：

torch.Size([1, 4, 1, 9])
    torch.Size([4, 9])
    torch.Size([4, 1, 9])
    torch.Size([1, 4, 9])
    torch.Size([1, 4, 1, 9])

4. 维度扩展

expand就是**在某个size=1的维度上改变size**，改成更大的一个大小，实际就是在每个size=1的维度上的标量的广播操作。

实际用例：

我们有一个shape=\[4, 32, 14,14\]的Tensor data，相当于4张图片，每张图片32个通道，每个通道行为14，列为14的图像数据，需要将每个通道上的所有像素增加一个偏置bias。图像数据的channel=32，因此bias = torch.rand(32)，但是还不能完成data + bias的操作，因为两者dim与shape不一致。为了使得dim一致，需要增加bias的维度到4维，这就用到了unsqueeze()函数；为了使得shape一致，需要bias的4个维度的shape=\[4, 32, 14, 14\]，这就用到了维度扩展expand。

代码实现：

import torch
    
    bias = torch.rand(32)
    data = torch.rand(4, 32, 14, 14)
    
    # 想要把bias加到data上面去
    # 先进行维度增加
    bias = bias.unsqueeze(1).unsqueeze(2).unsqueeze(0)
    print(bias.shape)
    
    # 再进行维度扩展
    bias = bias.expand(4, -1, 14, 14)  # -1表示这个维度保持不变,这里写32也可以
    print(bias.shape)
    
    data + bias

输出结果：

torch.Size([1, 32, 1, 1])
    torch.Size([4, 32, 14, 14])

5. 维度重复

repeat就是**将每个位置的维度都重复至指定的次数**，以形成新的Tensor，功能与维度扩展一样，但是repeat会重新申请内存空间，repeat()参数表示各个维度指定的重复次数。

代码示例：

import torch
    b = torch.Tensor(1, 32, 1, 1)
    print(b.shape)
    # 维度重复,32这里不想进行重复,所以就相当于"重复至1次"
    b = b.repeat(4, 1, 14, 14)
    print(b.shape)

输出结果：

torch.Size([1, 32, 1, 1])
    torch.Size([4, 32, 14, 14])

6. 转置操作

Pytorch的转置操作只适用于dim=2的Tensor，也就是矩阵。

示例代码：

c = torch.Tensor(2, 4)
    print(c.t().shape)

输出结果：

torch.Size([4, 2])

7. 维度变换

(1) transpose(dim1, dim2)交换dim1与dim2

注意这种交换使得存储不再连续，再执行一些reshape的操作会报错，所以要调用一下`contiguous()`使其变成连续的维度。

示例代码：

d = torch.Tensor(6, 3, 1, 2)
    # 1号维度和3号维度交换
    print(d.transpose(1, 3).contiguous().shape)

输出结果：

torch.Size([6, 2, 1, 3])

下面这个例子比较一下每个位置上的元素都是一致的，来验证一下这个交换->压缩shape->展开shape->交换回去是没有问题的。

e = torch.rand(4, 3, 6, 7)
    e2 = e.transpose(1, 3).contiguous().reshape(4, 7 * 6 * 3).reshape(4, 7, 6, 3).transpose(1, 3)
    print(e2.shape)
    # 比较下两个Tensor所有位置上的元素是否都相等，返回1表示相等。
    print(torch.all(torch.eq(e, e2)))

输出结果：

torch.Size([4, 3, 6, 7])
    tensor(1, dtype=torch.uint8)

(2) permute

如果四个维度表示上节的\[batch,channel,h,w\] ，如果想把channel放到最后去，形成\[batch,h,w,channel\]，那么如果使用前面的维度交换，至少要交换两次（先13交换再12交换）。而使用permute可以直接指定维度新的所处位置，更加方便。

示例代码：

a = torch.rand(4, 3, 6, 7)
    print(a.permute(0, 2, 3, 1).shape)

输出结果：

torch.Size([4, 6, 7, 3])