深度学习3-pytorch学习

深度学习3-pytorch学习

Tensor 定义与 PyTorch 操作

1. Tensor 定义:

Tensor 是 PyTorch 中的数据结构,类似于 NumPy 数组。可以通过不同方式创建 tensor 对象:

复制代码
import torch

# 定义一个 1D Tensor
x1 = torch.Tensor([3, 4])

# 定义一个 Float 类型的 Tensor
x2 = torch.FloatTensor([4, 4])

# 使用正态分布随机生成 Tensor
x3 = torch.randn(3, 4)
print(x1)
print(x2)
print(x3)
2. PyTorch 与 NumPy 之间的转换:

可以使用 torch.from_numpy() 和 .numpy() 方法在 PyTorch Tensor 和 NumPy 数组之间进行转换:

复制代码
import numpy as np

# 创建一个 NumPy 数组
numpy_tensor = np.random.randn(10, 20)

# 将 NumPy 数组转换为 PyTorch Tensor
pytorch_tensor = torch.from_numpy(numpy_tensor)

# 将 PyTorch Tensor 转换为 NumPy 数组
new_numpy_tensor = pytorch_tensor.numpy()
3. GPU 和 CPU 之间的转换:

PyTorch 支持在 GPU 上进行计算,可以通过 .cuda() 方法将 Tensor 转移到 GPU,使用 .cpu() 将其转回 CPU:

复制代码
x = torch.randn(3, 4)

# 转移到 GPU(GPU 0)
x_gpu = x.cuda(0)

# 转移到 GPU(GPU 1)
x_gpu = x.cuda(1)

# 转回 CPU
x_cpu = x_gpu.cpu()

# 转换为 NumPy 数组
x_array = x_gpu.cpu().numpy()
4. Tensor 的形状和维度:

可以使用 .shape 或 .size() 查看 Tensor 的维度和形状,unsqueeze 和 squeeze 方法分别用于增加和减少维度:

复制代码
x = torch.randn(4, 3)

# 查看形状
print(x.shape)

# 增加一个维度
x_unsqueezed = x.unsqueeze(1)
print(x_unsqueezed.shape)  # 形状变为 [4, 1, 3]

# 减少一个维度
x_squeezed = x_unsqueezed.squeeze()
print(x_squeezed.shape)  # 形状变回 [4, 3]
5. Tensor 的高级操作:
  • 求最大值和索引:

    max_index, max_value = torch.max(x, dim=1) # 获取每行的最大值和索引
    print(max_index)
    print(max_value)

  • 求和:

    sum_tensor = torch.sum(x, dim=1, keepdim=True) # 求每行的和
    print(sum_tensor)

6. 求梯度:

Tensor 的 requires_grad_() 方法使得 Tensor 可以追踪梯度,允许进行反向传播(自动求导):

复制代码
x = torch.tensor(3.0, requires_grad=True)
y = x**2

# 求导
y.backward()

# 打印梯度
print(x.grad)  # 输出:tensor(6.)

注意: 求得的梯度会累积,如果不清零会对后续计算产生影响。

复制代码
python复制编辑x.grad = torch.tensor(0.0)  # 清空梯度
y2 = x**2
y2.backward()
print(x.grad)  # 输出:tensor(6.)
7. 创建不同类型的 Tensor:
复制代码
# 创建全为 1 的 Tensor
tensor1 = torch.ones((10, 4))
print(tensor1)

# 创建全为 0 的 Tensor
tensor2 = torch.zeros((10, 4))
print(tensor2)

# 创建正态分布随机值的 Tensor
tensor3 = torch.normal(0, 0.1, (4, 10, 4))
print(tensor3)
8. Variable:

为了构建神经网络,PyTorch 引入了 Variable 类,主要用于对 Tensor 进行自动求导操作。Variable 包含了三个重要属性:

  • .data:用于访问 Tensor。

  • .grad:用于访问梯度(导数)。

  • .grad_fn:描述如何计算这个 Variable。

    from torch.autograd import Variable

    创建 Variable

    x = Variable(torch.ones(2, 2), requires_grad=True)
    y = Variable(torch.ones(2, 2), requires_grad=True)
    z = torch.sum(x + y)

    查看数据

    print(z.data)

    反向传播

    z.backward()

    打印梯度

    print(x.grad)

9. 动态图/静态图

PyTorch 采用动态图(Dynamic Computation Graph)的方式,每次计算时都会重新构建计算图,这样便于调试,而 TensorFlow 则使用静态图(Static Computation Graph),在定义计算图之后执行。这使得 PyTorch 更适合快速开发和调试。

  • Tensor 是 PyTorch 中最基本的数据结构,类似于 NumPy 数组,但可以在 GPU 上进行加速计算。
  • PyTorch 提供了丰富的 Tensor 操作,如求最大值、求和、改变形状、求梯度等。
  • Variable 是 Tensor 的高级封装,它使得 PyTorch 在进行梯度计算时更加灵活。
  • 动态计算图使得 PyTorch 在调试和开发时非常方便,但相较于 TensorFlow 的静态图,可能会稍慢。
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