torch.bmm() 与 torch.matmul()

torch.bmm()

torch.matmul()

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torch.bmm()强制规定维度和大小相同

torch.matmul()没有强制规定维度和大小，可以用利用广播机制进行不同维度的相乘操作

当进行操作的两个tensor都是3D时，两者等同。

torch.bmm()

官网：https://pytorch.org/docs/stable/torch.html#torch.bmm

torch.bmm(input, mat2, out=None) → Tensor

 torch.bmm()是tensor中的一个相乘操作，类似于矩阵中的A*B。

参数：

input，mat2：两个要进行相乘的tensor结构，两者必须是3D维度的，每个维度中的大小是相同的。

output：输出结果

并且相乘的两个矩阵，要满足一定的维度要求：input（p,m,n) * mat2(p,n,a) ->output(p,m,a)。这个要求，可以类比于矩阵相乘。前一个矩阵的列等于后面矩阵的行才可以相乘。

例子：

import torch
x = torch.rand(2,3,6)
y = torch.rand(2,6,7)
print(torch.bmm(x,y).size())

output:
torch.Size([2, 3, 7])

###############################
y = torch.rand(2,5,7) ##维度不匹配,报错
print(torch.bmm(x,y).size())

output:
Expected tensor to have size 6 at dimension 1, but got size 5 for argument #2 'batch2' (while checking arguments for bmm)

torch.matmul()

torch.matmul(input, other, out=None) → Tensor

 torch.matmul()也是一种类似于矩阵相乘操作的tensor联乘操作。但是它可以利用python 中的广播机制，处理一些维度不同的tensor结构进行相乘操作。这也是该函数与torch.bmm()区别所在。

参数：

input,other：两个要进行操作的tensor结构

output:结果

一些规则约定：

（1）若两个都是1D（向量）的，则返回两个向量的点积

import torch
x = torch.rand(2)
y = torch.rand(2)
print(torch.matmul(x,y),torch.matmul(x,y).size())
output：
tensor(0.1353) torch.Size([])

（2）若两个都是2D（矩阵）的，则按照（矩阵相乘）规则返回2D

x = torch.rand(2,4)
y = torch.rand(4,3) ###维度也要对应才可以乘
print(torch.matmul(x,y),'\n',torch.matmul(x,y).size())

output:
tensor([[0.9128, 0.8425, 0.7269],
        [1.4441, 1.5334, 1.3273]]) 
 torch.Size([2, 3])

（3）若input维度1D，other维度2D，则先将1D的维度扩充到2D（1D的维数前面+1），然后得到结果后再将此维度去掉，得到的与input的维度相同。即使作扩充（广播）处理，input的维度也要和other维度做对应关系。

import torch
x = torch.rand(4) #1D
y = torch.rand(4,3) #2D
print(x.size())
print(y.size())
print(torch.matmul(x,y),'\n',torch.matmul(x,y).size())

### 扩充x =>(,4) 
### 相乘x(,4) * y(4,3) =>(,3) 
### 去掉1D =>(3)

output:
torch.Size([4])
torch.Size([4, 3])
tensor([0.9600, 0.5736, 1.0430]) 
 torch.Size([3])

（4）若input是2D，other是1D，则返回两者的点积结果。（个人觉得这块也可以理解成给other添加了维度，然后再去掉此维度，只不过维度是(3, )而不是规则(3)中的( ,4)了，但是可能就是因为内部机制不同，所以官方说的是点积而不是维度的升高和下降）

import torch
x = torch.rand(3) #1D
y = torch.rand(4,3) #2D
print(torch.matmul(y,x),'\n',torch.matmul(y,x).size()) #2D*1D
 
output:
torch.Size([3])
torch.Size([4, 3])
tensor([0.8278, 0.5970, 1.0370, 0.2681]) 
 torch.Size([4])

（5）如果一个维度至少是1D，另外一个大于2D，则返回的是一个批矩阵乘法（ a batched matrix multiply）。

        （a）若input是1D，other是大于2D的，则类似于规则(3)。

import torch
x = torch.randn(2, 3, 4)
y = torch.randn(3)
print(torch.matmul(y, x),'\n',torch.matmul(y, x).size()) #1D*3D

output:
tensor([[-0.9747, -0.6660, -1.1704, -1.0522],
        [ 0.0901, -1.5353,  1.5601, -0.0252]]) 
 torch.Size([2, 4])

        （b）若other是1D，input是大于2D的，则类似于规则(4)。

import torch
x = torch.randn(2, 3, 4)
y = torch.randn(4)

print(torch.matmul(x, y),'\n',torch.matmul(x, y).size()) # 3D*1D

output:
tensor([[ 0.6217, -0.1259, -0.2377],
        [ 0.6874,  0.0733,  0.1793]]) 
 torch.Size([2, 3])

            （c）若input和other都是3D的，则与torch.bmm()函数功能一样。

import torch
x = torch.randn(2,2,4)
y = torch.randn(2,4,5)

print(torch.matmul(x, y).size(),'\n',torch.bmm(x, y).size())
print(torch.equal(torch.matmul(x,y),torch.bmm(x,y)))

output:
torch.Size([2, 2, 5]) 
 torch.Size([2, 2, 5])
True

          （d）如果input中某一维度满足可以广播（扩充），那么也是可以进行相乘操作的。例如 input（j,1,n,m）*  other (k,m,p)  = output(j,k,n,p)。

import torch
x = torch.randn(10,1,2,4)
y = torch.randn(2,4,5)

print(torch.matmul(x, y).size())

output：
torch.Size([10, 2, 2, 5])

这个例子中，可以理解为x中dim=1这个维度可以扩充（广播），y中可以添加一个维度，然后在进行批乘操作。