【Pytorch】pytorch基本数据类型及操作（一）

素颜马尾好姑娘i 2022-11-01 01:39 357阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  PyTorch基本数据类型
 *   *  1. Tensor（张量）概念
     *  2. Tensor创建并初始化
     *  3. Tensor类型推断
     *  4. Tensor维度与形状
     *  5. Tensor与NumPy之间的转换
     *  6. Tensor所占内存大小
     *  7. 设置torch.Tensor默认数据类型
     *  8. 随机初始化
     *  9. 范围顺序初始化
     *  10. 范围数据切割形成Tensor
     *  11. 生成特定数字

# PyTorch基本数据类型 #

`PyTorch 分别为 CPU tensor 和 GPU tensor 定义的张量基本类型`

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTQzNzAyMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 1. Tensor（张量）概念 ##

*  Pytorch里面处理的最基本的操作对象就是Tensor（张量），它表示的其实就是一个**多维矩阵**，并有矩阵相关的运算操作。
 *  我们将标量称为 0D 张量（0维张量），向量称为 1D 张量（1维张量），矩阵称为 2D 张量（2维张量），依次类推。
 *  在使用上和 numpy 是对应的，它和 numpy 唯一的不同就：pytorch 可以在 GPU 上运行，而 numpy 不可以。所以，我们也可以使用 Tensor 来代替 numpy 的使用。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th align="left">CPU Tensor</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>8位整数（unsigned）</td> 
   <td align="left">torch.ByteTensor</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8位整数（signed）</td> 
   <td align="left">torch.CharTensor</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>16位整型（signed）</td> 
   <td align="left">torch.ShortTensor</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>32位整型（signed）</td> 
   <td align="left">torch.IntTensor</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>64位整型（signed）</td> 
   <td align="left">torch.LongTensor</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>32位浮点型（signed）</td> 
   <td align="left">torch.FloatTensor / torch.Tensor的默认类型</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>64位浮点型（signed）</td> 
   <td align="left">torch.DoubleTensor</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 2. Tensor创建并初始化 ##

import torch
    v_int_tensor = torch.IntTensor([	# 定义一个 2 * 3的int型矩阵，从list中导入数据
        [1, 2, 3],
        [4, 5, 6]
    ])
    v_float_tensor = torch.FloatTensor([ # 定义一个 1 * 3的float型矩阵，从list中导入数据
        [3.13, 3.33, 7.21]
    ])
    print(v_int_tensor)
    print(v_float_tensor)

> 输出：
> 
>     tensor([[1, 2, 3],
>             [4, 5, 6]], dtype=torch.int32)
>     tensor([[3.1300, 3.3300, 7.2100]])

## 3. Tensor类型推断 ##

*  type(tensor)：Python内置函数，只能给出是Tensor类型，无法给出具体类型
 *  tensor.type()：PyTorch内置函数，能给出Tensor的具体类型
 *  torch.Tensor默认数据类型为torch.FloatTensor
 *  isinstance(tensor, torch.XXXTensor)：tensor 类型的合法化检验，可以检查 tensor 的数据类型是否为torch.XXXTensor

import torch
    v_default_tensor = torch.Tensor([
        [1, 2, 3],
        [4, 5, 6]
    ])
    v_int_tensor = torch.IntTensor([
        [1, 2, 3],
        [4, 5, 6]
    ])
    v_float_tensor = torch.FloatTensor([
        [3.13, 3.33, 7.21]
    ])
    print(type(v_int_tensor))		# <class 'torch.Tensor'>
    print(v_float_tensor.type())	# torch.FloatTensor
    print(v_default_tensor.type())	# torch.FloatTensor

instance函数检验：

*  torch.FloatTensor：放置在CPU中的数据类型
 *  torch.cuda.FloatTensor：放置在GPU中的数据类型
 *  同一个数据，放在不同的地方，类型就不一样了

import torch
    v_default_tensor = torch.Tensor([
        [1, 2, 3],
        [4, 5, 6]
    ])
    v_GPU_default_tensor = v_default_tensor.cuda();	# 将数据从CPU数据转换为GPU类型数据
    print(isinstance(v_default_tensor,torch.FloatTensor))	# True
    print(isinstance(v_default_tensor,torch.cuda.FloatTensor))	# False
    print(isinstance(v_GPU_default_tensor,torch.FloatTensor))	# False
    print(isinstance(v_GPU_default_tensor,torch.cuda.FloatTensor))	# True

## 4. Tensor维度与形状 ##

*  查看 tensor 的形状
    
     *  tensor.shape：shape 为 tensor 的属性
     *  tensor.size()：size 为 tensor 的函数
 *  查看 tensor 的维度
    
     *  len(tensor.shape)
     *  tensor.dim()

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTQzNzAyMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

>  *  `0D 张量`：0D 张量仅包含一个数字，我们也可以称 0D 张量为标量，深度学习中loss函数的值通常为 0D 张量
> 
>     a = torch.tensor(1.)	# 
>     print(a)	# tensor(1.)
>     print(a.size())	# torch.Size([]) --> 空的类型
>     print(a.shape)  # torch.Size([])
>     print(a.dim())	# 0
>     
>     b = torch.tensor(1.3)
>     print(b)	# tensor(1.3000)
>     print(b.size())	# torch.Size([])
>     print(b.shape)  # torch.Size([])
>     print(b.dim())	# 0
>     
>     c = torch.tensor(3.3)
>     print(c)    # tensor(3.3000)
>     print(c.size()) # torch.Size([])
>     print(c.shape)  # torch.Size([])
>     print(len(c.shape)) # 0
> 
> PyTorch 提供了一个非常方便的**内置函数item函数**能够将 0D 张量转换为 Python 的基本数据类型
> 
>     a = torch.tensor([1.0])
>     print(a.type()) 	# torch.FloatTensor
>     
>     b = a.item()
>     print(type(b))	# <class 'float'>
> 
>  *  `1D 张量`：1D 张量称为**向量**，在深度学习中阈值通常为向量的形式
>     
>      *  torch.tensor 接受的只能是数据的内容；
>      *  torch.Tensor 接受的可以是数据的内容，也可以是数据的形状；
> 
>     a = torch.tensor([1.1]) # []中是具体数据
>     print(a)    # tensor([1.1000])
>     print(a.size())     # torch.Size([1])
>     print(a.dim())  # 1
>     
>     b = torch.Tensor(1)	# 随机生成dim为1 size为1的数据
>     print(b)    # tensor([8.4490e-39])
>     print(b.size())  # torch.Size([1])
>     print(b.dim())  # 1
>     
>     b2 = torch.Tensor(2) # 随机生成dim为1 size为2的数据
>     print(b2)   # tensor([6.1290e+28, 1.8037e+28])
>     print(b2.size())    # torch.Size([2])
>     print(b2.dim())     # 1
> 
>  *  `2D 张量`：2D 张量称为**矩阵**，在深度学习中常用于向量数据。在前面介绍的手写数字识别问题中，我们将 (28 x 28) 的像素矩阵打平成 (784,) 的向量特征。为了方便矩阵计算以及提高效率，我们使用批梯度下降算法，即每次训练小批量的样本数据，因此我们通常会为 (784,) 的向量特征添加一个批量维batch\_size，784 就是 features 特征，即 (batch\_size, features)。
> 
>     a = torch.randn(2, 3)
>     print(a.size())     # torch.Size([2, 3])
>     print(a.dim())      # 2
>     
>     # 可以为size函数传入指定索引,来获取对应维度上的元素个数
>     print(a.size(0))    # 2 -> torch.randn(2, 3)中第一个元素2
>     print(a.size(1))    # 3 -> torch.randn(2, 3)中第二个元素3
>     
>     v_default_tensor = torch.Tensor([
>         [1, 2, 3],
>         [4, 5, 6]
>     ])
>     print(v_default_tensor.dim()) 		# 2
>     print(v_default_tensor.size(0))   	# 2
>     print(v_default_tensor.size(1))    	# 3
> 
>  *  `3D 张量`：3D 张量通常用于时间序列的数据或者文本序列的数据，比如对于文本序列的数据，通常形状为 (batch\_size, timesteps, features)：
>     
>      *  batch\_size：处理的文档数；
>      *  timesteps：处理每篇文档的长度，由于每篇文档长度不一，需要人为指定一个长度阈值，超过长度阈值的文档进行裁剪，少于长度阈值的文档进行填充；
>      *  features：词的表示，如果使用 one-hot 编码，则 features 为构成词典的大小。如果使用 Embedding 词嵌入，则 features 为设置词嵌入的维度；
> 
>     a = torch.rand(1, 2, 3)
>     
>     print(a.size())     # torch.Size([1, 2, 3])
>     print(a.dim())      # 3
> 
>  *  `4D 张量`：4D 张量通常用于图像数据，形状为 (batch\_size, height, width, channels) 或 (batch\_size, channels, height, width)，channel 的位置和具体使用的深度学习框架有关，在 TensorFlow 2.X 中图像形状为 (batch\_size, height, width, channels)，而在 PyTorch 中图像的形状为 (batch\_size, channels, height, width)，这点注意即可。
> 
>     a = torch.rand(2, 3, 28, 28) # 对应到现实意义：[照片个数，RGB三个通道，长，宽]
>     
>     print(a.size()) # torch.Size([2, 3, 28, 28])
>     print(a.dim())  # 4
> 
>  *  `5D 张量`：5D 张量通常用于视频数据，形状为 (batch\_size, frames, height, width, channels) 或 (batch\_size, frames, channels, height, width)，channels 通道的位置和在图像中的一致，不同框架中可能表示 channels 通道维度不同，视频和图像数据相比仅仅是增加了 frames 帧数这一个维度。5D 以上的张量在深度学习中并不常见这里不再赘述。

## 5. Tensor与NumPy之间的转换 ##

*  NumPy -> Tensor : 内置函数from\_numpy函数

data_numpy = numpy.ones(3)
    print(data_numpy)   # [1. 1. 1.]
    data_tensor = torch.from_numpy(data_numpy)
    print(data_tensor)  # tensor([1., 1., 1.], dtype=torch.float64)

*  Tensor -> NumPy：Tensor矩阵.numpy()

data_tensor = torch.randn((3, 2))
    print(data_tensor)
    data_numpy = data_tensor.numpy()
    print(data_numpy)
    
    ```
    输出：
    tensor([[ 0.9307,  1.2856],
            [-1.1095, -0.1586],
            [-0.9531, -2.0985]])
    [[ 0.93066823  1.2855971 ]
     [-1.1095397  -0.15860502]
     [-0.9531248  -2.0985377 ]]
    ```

## 6. Tensor所占内存大小 ##

*  PyTorch内置函数：**numel函数** —> number of element

a = torch.Tensor([
        [1, 2],
        [3, 4],
        [5, 6]
    ])
    print(a.numel())    # 6

## 7. 设置torch.Tensor默认数据类型 ##

*  PyTorch内置函数set\_default\_tensor\_type(torch.DoubleTensor)设置Tensor默认数据类型为DoubleTensor

a = torch.Tensor([
        [1, 2],
    ])
    print(a.type())	# torch.FloatTensor
    
    torch.set_default_tensor_type(torch.DoubleTensor)
    # tourch.IntTesnor会爆异常
    
    b = torch.Tensor([
        [1, 2],
    ])
    print(b.type()) # torch.DoubleTensor

## 8. 随机初始化 ##

*  rand函数：从0~1之间均匀随机产生数字

a = torch.rand(3, 3)
    print(a)  
    ''' 输出： tensor([ [0.3535, 0.0184, 0.3210], [0.8187, 0.0639, 0.1270], [0.0299, 0.7948, 0.0381] ]) '''

*  rand\_like函数：将Tensor的shape读取出来后传给rand函数来填充内容

a = torch.Tensor(3,3)
    torch.rand_like(a)
    print(a)
    
    ''' 输出： tensor([[9.6429e-39, 8.4490e-39, 9.6429e-39], [9.2755e-39, 1.0286e-38, 9.0919e-39], [8.9082e-39, 9.2755e-39, 8.4490e-39]]) '''

*  randint(min,max)函数：从\[min,max)范围内随机产生数字填充

a = torch.randint(1,10,[3,3])
    print(a)
    
    ''' 输出： tensor([[8, 7, 2], [2, 9, 5], [5, 9, 3]]) '''

## 9. 范围顺序初始化 ##

*  range和arange函数

a = torch.arange(1,10)
    print(a)
    b = torch.range(0, 10)
    print(b)
    c = torch.arange(1, 10, 3)
    print(c)
    ''' 输出： tensor([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]) tensor([ 0., 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 10.]) tensor([1, 4, 7]) UserWarning: torch.range is deprecated and will be removed in a future release '''

## 10. 范围数据切割形成Tensor ##

*  linspace：将\[min,max\]范围内的数据等距切分成step个数字
 *  logspace：将\[min,max\]切割成

a = torch.linspace(1,8, steps=4)
    print(a)
    
    ''' 输出： tensor([1.0000, 3.3333, 5.6667, 8.0000]) '''
    
    a = torch.logspace(0,1,steps=10)
    print(a)
    
    ''' 输出： tensor([ 1.0000, 1.2915, 1.6681, 2.1544, 2.7826, 3.5938, 4.6416, 5.9948, 7.7426, 10.0000]) '''

## 11. 生成特定数字 ##

*  ones：将参数形成的矩阵全部初始化为1
 *  ones\_like：将参数中所有数据填成1
 *  zeros：将参数形成的矩阵全部初始化为0
 *  eye：将参数形成的矩阵全部初始化为单位矩阵

a = torch.ones(3, 3)
    b = torch.zeros(3, 3)
    c = torch.eye(3)
    print(a)
    print(b)
    print(c)
    
    ''' 输出： tensor([[1., 1., 1.], [1., 1., 1.], [1., 1., 1.]]) tensor([[0., 0., 0.], [0., 0., 0.], [0., 0., 0.]]) tensor([[1., 0., 0.], [0., 1., 0.], [0., 0., 1.]]) '''

将参数形成的矩阵全部初始化为0

*  eye：将参数形成的矩阵全部初始化为单位矩阵

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTQzNzAyMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221024/274d5cd9d37a4145b964656a2478e480.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTQzNzAyMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221024/066c87807d1c401f97a8d62e137feb59.png