PyTorch 中的 Tensor：属性、数据生成和基本操作

GeekLiHua

发布于 2025-01-21 14:28:00

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PyTorch 中的 Tensor：属性、数据生成和基本操作

简介： PyTorch 是一个强大的深度学习框架，它提供了丰富的张量操作，是构建神经网络模型的核心组件之一。本文将会详细讲解 PyTorch 中的 Tensor 属性、数据生成方法以及常用的基本操作运算，帮助读者更好地理解和使用 PyTorch。

Tensor 的属性

在 PyTorch 中，Tensor 是一个类似于 NumPy 数组的多维数组，但它还具有其他属性和方法。Tensor 的一些重要属性包括：

多维数组： Tensor 可以是多维数组，可以是标量（0 维）、向量（1 维）、矩阵（2 维）或高维数组。
可在 CPU 或 GPU 上运算： Tensor 可以存储在 CPU 或 GPU 上，并且可以利用 GPU 进行并行计算，加快运算速度。
自动求导： Tensor 支持自动求导功能，即计算梯度。通过设置 requires_grad=True，PyTorch 将跟踪对 Tensor 的所有操作，并在需要时计算梯度。
丰富的操作： PyTorch 提供了丰富的操作函数，用于创建、操作和计算 Tensor，如数学运算、线性代数运算、形状操作、索引与切片等。
灵活性： Tensor 可以存储不同类型的数据，如整数、浮点数、布尔值等，并且可以灵活地转换数据类型。
与 NumPy 兼容： PyTorch 的 Tensor 类型与 NumPy 的 ndarray 类型之间可以进行相互转换，方便用户在两者之间进行无缝切换。
shape：Tensor 的形状，即每个维度的大小。
dtype：Tensor 的数据类型，如 float32、int64 等。
device：Tensor 存储的设备，如 CPU 或 GPU。
演示代码

import torch

# 创建一个 Tensor
tensor = torch.tensor([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# 获取 Tensor 的形状（shape）
print("Tensor shape:", tensor.shape)

# 获取 Tensor 的数据类型（dtype）
print("Tensor data type:", tensor.dtype)

# 获取 Tensor 存储的设备（device）
print("Tensor device:", tensor.device)

运行结果

这就是 PyTorch 中 Tensor 的一些重要属性。shape 表示 Tensor 的维度大小，dtype 表示 Tensor 的数据类型，device 表示 Tensor 存储的设备。这些属性在处理和操作 Tensor 时非常有用。

Tensor 的数据生成

PyTorch 提供了多种方法来创建 Tensor，常用的几种方法包括：

通过 Python 列表或 NumPy 数组直接创建：

import torch

data_list = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
tensor_from_list = torch.tensor(data_list)

data_array = np.array([[1, 2], [3, 4]])
tensor_from_array = torch.tensor(data_array)

使用随机数生成 Tensor：

# 生成均匀分布的随机数
uniform_tensor = torch.rand(3, 3)

# 生成标准正态分布的随机数
normal_tensor = torch.randn(3, 3)

创建全零或全一的 Tensor：

zeros_tensor = torch.zeros(2, 2)
ones_tensor = torch.ones(2, 2)

运行结果

Tensor 的基本操作运算

Tensor 支持多种基本操作运算，包括数学运算、索引与切片、形状操作等。

数学运算：

# 加法
result = tensor1 + tensor2

# 减法
result = tensor1 - tensor2

# 乘法
result = torch.matmul(tensor1, tensor2)

# 除法
result = torch.div(tensor1, tensor2)

索引与切片：

# 索引
element = tensor[0, 0]

# 切片
subset = tensor[1:3, :]

形状操作：

# 改变形状
reshaped_tensor = tensor.view(1, -1)

# 转置
transposed_tensor = tensor.t()

# 求和
sum_tensor = tensor.sum()

# 广播操作
broadcasted_tensor = tensor + scalar

整合代码

import torch

# 创建两个 Tensor
tensor1 = torch.tensor([[1, 2], [3, 4]])
tensor2 = torch.tensor([[5, 6], [7, 8]])

# 加法操作：元素相加
result_add = tensor1 + tensor2

# 减法操作：元素相减
result_sub = tensor1 - tensor2

# 乘法操作：矩阵乘法
result_mul = torch.matmul(tensor1, tensor2)

# 除法操作：逐元素相除
result_div = torch.div(tensor1, tensor2)

# 索引操作：获取指定位置的元素
element = tensor1[0, 0]

# 切片操作：获取指定范围的子集
subset = tensor1[1:3, :]

# 改变形状操作：改变 Tensor 的形状
reshaped_tensor = tensor1.view(1, -1)

# 转置操作：矩阵转置
transposed_tensor = tensor1.t()

# 求和操作：对 Tensor 中的所有元素求和
sum_tensor = tensor1.sum()

# 广播操作：将标量与 Tensor 的每个元素相加
scalar = torch.tensor(2)  # 定义一个标量
broadcasted_tensor = tensor1 + scalar

# 打印结果
print("Tensor1:\n", tensor1)
print("Tensor2:\n", tensor2)
print("Tensor1 + Tensor2 (加法):\n", result_add)
print("Tensor1 - Tensor2 (减法):\n", result_sub)
print("Tensor1 * Tensor2 (乘法):\n", result_mul)
print("Tensor1 / Tensor2 (除法):\n", result_div)
print("Tensor1中(0, 0)位置的元素:", element)
print("Tensor1的切片:\n", subset)
print("改变形状后的Tensor1:\n", reshaped_tensor)
print("Tensor1的转置:\n", transposed_tensor)
print("Tensor1的总和:", sum_tensor)
print("Tensor1 + 标量 (广播):\n", broadcasted_tensor)