PyTorch API 详细中文文档,基于PyTorch2.5


PyTorch API 详细中文文档

按模块分类,涵盖核心函数与用法示例


目录

  1. 张量操作 (Tensor Operations)
  2. 数学运算 (Math Operations)
  3. 自动求导 (Autograd)
  4. 神经网络模块 (torch.nn)
  5. 优化器 (torch.optim)
  6. 数据加载与处理 (torch.utils.data)
  7. 设备管理 (Device Management)
  8. 模型保存与加载
  9. 分布式训练 (Distributed Training)
  10. 实用工具函数

1. 张量操作 (Tensor Operations)

1.1 张量创建
函数 描述 示例
torch.tensor(data, dtype, device) 从数据创建张量 torch.tensor([1,2,3], dtype=torch.float32)
torch.zeros(shape) 创建全零张量 torch.zeros(2,3)
torch.ones(shape) 创建全一张量 torch.ones(5)
torch.rand(shape) 均匀分布随机张量 torch.rand(3,3)
torch.randn(shape) 标准正态分布张量 torch.randn(4,4)
torch.arange(start, end, step) 创建等差序列 torch.arange(0, 10, 2)[0,2,4,6,8]
torch.linspace(start, end, steps) 线性间隔序列 torch.linspace(0, 1, 5)[0, 0.25, 0.5, 0.75, 1]
1.2 张量属性
属性/方法 描述 示例
.shape 张量维度 x = torch.rand(2,3); x.shape → torch.Size([2,3])
.dtype 数据类型 x.dtype → torch.float32
.device 所在设备 x.device → device(type='cpu')
.requires_grad 是否追踪梯度 x.requires_grad = True
1.3 张量变形
函数 描述 示例
.view(shape) 调整形状(不复制数据) x = torch.arange(6); x.view(2,3)
.reshape(shape) 类似 view,但自动处理内存连续性 x.reshape(3,2)
.permute(dims) 调整维度顺序 x = torch.rand(2,3,4); x.permute(1,2,0)
.squeeze(dim) 去除大小为1的维度 x = torch.rand(1,3); x.squeeze(0)shape [3]
.unsqueeze(dim) 添加大小为1的维度 x = torch.rand(3); x.unsqueeze(0)shape [1,3]

2. 数学运算 (Math Operations)

2.1 逐元素运算
函数 描述 示例
torch.add(x, y) 加法 torch.add(x, y)x + y
torch.mul(x, y) 乘法 torch.mul(x, y)x * y
torch.exp(x) 指数运算 torch.exp(torch.tensor([1.0]))[2.7183]
torch.log(x) 自然对数 torch.log(torch.exp(tensor([2.0])))[2.0]
torch.clamp(x, min, max) 限制值范围 torch.clamp(x, min=0, max=1)
2.2 矩阵运算
函数 描述 示例
torch.matmul(x, y) 矩阵乘法 x = torch.rand(2,3); y = torch.rand(3,4); torch.matmul(x, y)
torch.inverse(x) 矩阵求逆 x = torch.rand(3,3); inv_x = torch.inverse(x)
torch.eig(x) 特征值分解 eigenvalues, eigenvectors = torch.eig(x)
2.3 统计运算
函数 描述 示例
torch.sum(x, dim) 沿维度求和 x = torch.rand(2,3); torch.sum(x, dim=1)
torch.mean(x, dim) 沿维度求均值 torch.mean(x, dim=0)
torch.max(x, dim) 沿维度求最大值 values, indices = torch.max(x, dim=1)
torch.argmax(x, dim) 最大值索引 indices = torch.argmax(x, dim=1)

3. 自动求导 (Autograd)

3.1 梯度计算
函数/属性 描述 示例
x.backward() 反向传播计算梯度 x = torch.tensor(2.0, requires_grad=True); y = x**2; y.backward()
x.grad 查看梯度值 x.grad4.0(若 y = x²
torch.no_grad() 禁用梯度追踪 with torch.no_grad(): y = x * 2
detach() 分离张量(不追踪梯度) y = x.detach()
3.2 梯度控制
函数 描述
x.retain_grad() 保留非叶子节点的梯度
torch.autograd.grad(outputs, inputs) 手动计算梯度

示例

python 复制代码
x = torch.tensor(3.0, requires_grad=True)  
y = x**3 + 2*x  
dy_dx = torch.autograd.grad(y, x)  # 返回 (torch.tensor(29.0),)  

4. 神经网络模块 (torch.nn)

4.1 层定义
描述 示例
nn.Linear(in_features, out_features) 全连接层 layer = nn.Linear(784, 256)
nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size) 卷积层 conv = nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=3)
nn.LSTM(input_size, hidden_size) LSTM 层 lstm = nn.LSTM(100, 50)
nn.Dropout(p=0.5) Dropout 层 dropout = nn.Dropout(0.2)
4.2 激活函数
函数 描述 示例
nn.ReLU() ReLU 激活 F.relu(x)nn.ReLU()(x)
nn.Sigmoid() Sigmoid 函数 torch.sigmoid(x)
nn.Softmax(dim) Softmax 归一化 F.softmax(x, dim=1)
4.3 损失函数
描述 示例
nn.MSELoss() 均方误差 loss_fn = nn.MSELoss()
nn.CrossEntropyLoss() 交叉熵损失 loss = loss_fn(outputs, labels)
nn.BCELoss() 二分类交叉熵 loss_fn = nn.BCELoss()

5. 优化器 (torch.optim)

5.1 优化器定义
描述 示例
optim.SGD(params, lr) 随机梯度下降 optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)
optim.Adam(params, lr) Adam 优化器 optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)
optim.RMSprop(params, lr) RMSprop 优化器 optimizer = optim.RMSprop(params, lr=0.01)
5.2 优化器方法
方法 描述 示例
optimizer.zero_grad() 清空梯度 optimizer.zero_grad()
optimizer.step() 更新参数 loss.backward(); optimizer.step()
optimizer.state_dict() 获取优化器状态 state = optimizer.state_dict()

6. 数据加载与处理 (torch.utils.data)

6.1 数据集类
类/函数 描述 示例
Dataset 自定义数据集基类 继承并实现 __len____getitem__
DataLoader(dataset, batch_size, shuffle) 数据加载器 loader = DataLoader(dataset, batch_size=64, shuffle=True)

自定义数据集示例

python 复制代码
class MyDataset(Dataset):  
    def __init__(self, data, labels):  
        self.data = data  
        self.labels = labels  
    def __len__(self):  
        return len(self.data)  
    def __getitem__(self, idx):  
        return self.data[idx], self.labels[idx]  
6.2 数据预处理 (TorchVision)
python 复制代码
from torchvision import transforms  

transform = transforms.Compose([  
    transforms.Resize(256),          # 调整图像大小  
    transforms.ToTensor(),           # 转为张量  
    transforms.Normalize(mean=[0.5], std=[0.5])  # 标准化  
])  

7. 设备管理 (Device Management)

7.1 设备切换
函数/方法 描述 示例
.to(device) 移动张量/模型到设备 x = x.to('cuda:0')
torch.cuda.is_available() 检查 GPU 是否可用 if torch.cuda.is_available(): ...
torch.cuda.empty_cache() 清空 GPU 缓存 torch.cuda.empty_cache()

8. 模型保存与加载

函数 描述 示例
torch.save(obj, path) 保存对象(模型/参数) torch.save(model.state_dict(), 'model.pth')
torch.load(path) 加载对象 model.load_state_dict(torch.load('model.pth'))
model.state_dict() 获取模型参数字典 params = model.state_dict()

9. 分布式训练 (Distributed Training)

函数/类 描述 示例
nn.DataParallel(model) 单机多卡并行 model = nn.DataParallel(model)
torch.distributed.init_process_group() 初始化分布式训练 需配合多进程使用

10. 实用工具函数

函数 描述 示例
torch.cat(tensors, dim) 沿维度拼接张量 torch.cat([x, y], dim=0)
torch.stack(tensors, dim) 堆叠张量(新建维度) torch.stack([x, y], dim=1)
torch.split(tensor, split_size, dim) 分割张量 chunks = torch.split(x, 2, dim=0)

常见问题与技巧

  1. GPU 内存不足

    • 使用 batch_size 较小的值
    • 启用混合精度训练 (torch.cuda.amp)
    • 使用 torch.utils.checkpoint 节省内存
  2. 梯度爆炸/消失

    • 使用梯度裁剪:torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), max_norm=1.0)
    • 调整权重初始化方法
  3. 模型推理模式

    python 复制代码
    model.eval()  # 关闭 Dropout 和 BatchNorm 的随机性  
    with torch.no_grad():  
        outputs = model(inputs)  

文档说明

  • 本文档基于 PyTorch 2.5 编写,部分 API 可能不兼容旧版本。
  • 更详细的参数说明请参考 PyTorch 官方文档
相关推荐
码上淘金9 分钟前
【Python】Python常用控制结构详解:条件判断、遍历与循环控制
开发语言·python
Brilliant Nemo12 分钟前
四、SpringMVC实战:构建高效表述层框架
开发语言·python
2301_7875528744 分钟前
console-chat-gpt开源程序是用于 AI Chat API 的 Python CLI
人工智能·python·gpt·开源·自动化
懵逼的小黑子1 小时前
Django 项目的 models 目录中,__init__.py 文件的作用
后端·python·django
layneyao1 小时前
AI与自然语言处理(NLP):从BERT到GPT的演进
人工智能·自然语言处理·bert
Y3174291 小时前
Python Day23 学习
python·学习
Ai尚研修-贾莲2 小时前
Python语言在地球科学交叉领域中的应用——从数据可视化到常见数据分析方法的使用【实例操作】
python·信息可视化·数据分析·地球科学
jndingxin2 小时前
OpenCV 的 CUDA 模块中用于将多个单通道的 GpuMat 图像合并成一个多通道的图像 函数cv::cuda::merge
人工智能·opencv·计算机视觉
格林威2 小时前
Baumer工业相机堡盟工业相机的工业视觉中为什么偏爱“黑白相机”
开发语言·c++·人工智能·数码相机·计算机视觉
灬0灬灬0灬3 小时前
深度学习---常用优化器
人工智能·深度学习