numpy.transpose()的理解

本文深入解析numpy库中transpose()函数的工作原理,详细说明了如何通过调整数组维度的顺序来实现数据重组,适用于需要掌握高级数据操作技能的数据科学家和机器学习工程师。

要理解transpose里参数意义,首先要看xshape属性,
输入 x.shape 返回一个无组(2,3,4 就如你设定的,reshape(2,3,4)
(2,3,4)这个元组的索引(0,1,2) 0对应21对应32对应4.  .     
  这个由数组Xshape属性的索引组成的元组,才是transpose的真正的意义
代码中transpose参数元组(1,0,2)可以理解为是索引组成的元组,
1对应的还是30对应的还是22对应的还是4 通过索引的位置变换,数组Xshape属性为(324
**************分隔线*************
如果transpose参数元组(0,2,1),则数组Xshape属性为(243
**************分隔线*************

没有进行transpose变换前,每个数都有一个索引,如13的索引为 101  
按照上面的变换,13的索引为(011)
是不是在  下面的那个位置了? 其它的数字也一样,再如 19 ,之前的索引为(113),
按照上面的变换,19的索引为(113)  没为变,

import numpy as np

 

def im2col(input_data, filter_h, filter_w, stride=1, pad=0):

    """

    Parameters

    ----------

    input_data : 由(数据量, 通道, 高, 长)的4维数组构成的输入数据

    filter_h : 卷积核的高

    filter_w : 卷积核的长

    stride : 步幅

    pad : 填充

 

    Returns

    -------

    col : 2维数组

    """

    # 输入数据的形状

    # N:批数目,C:通道数,H:输入数据高,W:输入数据长

    N, C, H, W = input_data.shape 

    out_h = (H + 2*pad - filter_h)//stride + 1  # 输出数据的高

    out_w = (W + 2*pad - filter_w)//stride + 1  # 输出数据的长

    # 填充 H,W

    img = np.pad(input_data, [(0,0), (0,0), (pad, pad), (pad, pad)], 'constant')

    # (N, C, filter_h, filter_w, out_h, out_w)的0矩阵

    col = np.zeros((N, C, filter_h, filter_w, out_h, out_w))

   

    for y in range(filter_h):

        y_max = y + stride*out_h

        for x in range(filter_w):

            x_max = x + stride*out_w

            col[:, :, y, x, :, :] = img[:, :, y:y_max:stride, x:x_max:stride]

           

    # 按(0, 4, 5, 1, 2, 3)顺序,交换col的列,然后改变形状

    print("*********")

    print(col.shape)

    print(col[0])

    print("*********")

#     print(col[0][2][4][4][1][1])

    col = col.transpose(0,4,5,1,2,3)

    print(col.shape)

    print(col[0])

#     print(col[0][1][1][2][4][4])

 

    return col

寻找 张量( 0,0,1 )(0,1,0)(1,0,0)看它最后变的位置即索引

 

 

As given in the documentation -

numpy.transpose(a, axes=None)

axes : list of ints, optional By default, reverse the dimensions, otherwise permute the axes according to the values given.

The second argument is the axes using which the values are permuted. That is for example if the index of initial element is (x,y,z) (where x is 0th axes, y is 1st axes, and z is 2nd axes) , the position of that element in the resulting array becomes (z,y,x) (that is 2nd axes first, then 1st axes, and last 0th axes) , based on the argument you provided for axes .

Since you are transposing an array of shape (2,2,2) , the transposed shape is also (2,2,2) , and the positions would change as -

(0,0,0) -> (0,0,0)
(1,0,0) -> (0,0,1)
(0,1,0) -> (0,1,0)
(1,1,0) -> (0,1,1)
...

Since the axes you choose are trivial, lets explain this for another axes. Example -

In [54]: A = np.arange(30).reshape((2, 3, 5))
In [55]: A
Out[55]:
array([[[ 0,  1,  2,  3,  4],
        [ 5,  6,  7,  8,  9],
        [10, 11, 12, 13, 14]],

       [[15, 16, 17, 18, 19],
        [20, 21, 22, 23, 24],
        [25, 26, 27, 28, 29]]])

In [56]: np.transpose(A,(1,2,0))
Out[56]:
array([[[ 0, 15],
        [ 1, 16],
        [ 2, 17],
        [ 3, 18],
        [ 4, 19]],

       [[ 5, 20],
        [ 6, 21],
        [ 7, 22],
        [ 8, 23],
        [ 9, 24]],

       [[10, 25],
        [11, 26],
        [12, 27],
        [13, 28],
        [14, 29]]])

Here, the first element (0,0,0) becomes the (0,0,0) element in the result.

The second element (0,0,1) becomes the (0,1,0) element in the result. And so on -

Here's a little more clarification:

Don't confuse the parameters of np.reshape(z, y, x) with those of np.transpose(0, 1, 2).

np.reshape() uses the dimensions of our matrix, think (sheets, rows, columns), to specify its layout.

np.transpose() uses the integers 0, 1, and 2 to represent the axes we want to swap, and correspond to z, y, and x, respectively.

For example, if we have data in a matrix of 2 sheets, 3 rows, and 5 columns...

We can take the next step and think in terms of lists. So, the z, y, x or sheets, rows, columns representation of a 2x3x5 matrix is...

 [[[ 0,  1,  2,  3,  4],
    [ 5,  6,  7,  8,  9],
    [10, 11, 12, 13, 14]],

   [[15, 16, 17, 18, 19],
    [20, 21, 22, 23, 24],
    [25, 26, 27, 28, 29]]]

...but the module we're feeding this data into requires a layout such that sheet 1 contains the first row of each of our sheets and sheet 2 contains the second row and so on. Then, we'll need to transpose our data with np.transpose(1, 0, 2). This swaps the z and the y axes and transposes the data.

 [[[ 0,  1,  2,  3,  4],
   [15, 16, 17, 18, 19]],

  [[ 5,  6,  7,  8,  9],
   [20, 21, 22, 23, 24]],

  [[10, 11, 12, 13, 14],
   [25, 26, 27, 28, 29]]]

Note the difference from using np.reshape(3, 2, 5) as this doesn't transpose the data--only re-arranges it.

[[[ 0,  1,  2,  3,  4],
 [ 5,  6,  7,  8,  9]],

 [[10, 11, 12, 13, 14],
  [15, 16, 17, 18, 19]],

 [[20, 21, 22, 23, 24],
  [25, 26, 27, 28, 29]]]
<think>好的,用户想查找关于paddle.transpose函数的用法或文档。我需要先回忆一下PaddlePaddle中这个函数的相关知识。 首先,transpose函数通常用于调整张量的维度顺序。在PaddlePaddle中,paddle.transpose应该和NumPytranspose类似,允许用户指定轴的顺序来重新排列张量的维度。 接下来,我需要确认函数的参数。基本的用法是paddle.transpose(x, perm, name=None),其中x是输入张量,perm是一个整数列表,表示新的轴顺序。例如,如果原张量形状是(2,3,4),perm设为[2,0,1],那么新形状会是(4,2,3)。需要确保perm的长度和输入张量的维度数一致,否则会报错。 然后,可能需要给出一些示例代码,帮助用户理解如何使用。比如二维张量的转置,或者更高维度的调整。同时,要注意可能的常见错误,比如perm参数设置不当导致的形状不匹配。 用户可能还需要知道这个函数的应用场景,比如在矩阵运算、图像处理中的通道调整,或者在神经网络中改变输入输出的维度结构。例如,在卷积层之间调整特征图的维度。 另外,需要检查提供的引用中是否有相关的内容。查看用户提供的引用[1]、[2]、[3],似乎主要涉及CrossEntropyLoss、预训练脚本和模型输出,没有直接提到transpose函数。但可能需要参考PaddlePaddle的官方文档来确保准确性。 还需要考虑用户可能的深层需求,比如是否在处理数据时遇到了维度问题,或者在模型构建中需要调整张量形状。因此,除了基本用法外,提醒用户注意perm参数的合法性,以及是否支持反向传播等细节也是重要的。 最后,生成的相关问题应该围绕transpose的常见使用场景、参数问题、性能优化等,帮助用户进一步探索。</think>以下为关于$\\text{paddle.transpose}$函数的详细说明: ### 一、函数定义 $\\text{paddle.transpose}$用于调整张量维度顺序,函数签名为: $$\\text{paddle.transpose(x, perm, name=None)}$$ - **x**: 输入张量(Tensor) - **perm**: 新的维度顺序(整数列表) - **name**: 操作名称(可选) ### 二、核心功能 给定张量$x$的形状为$(d_0, d_1, ..., d_{n-1})$,经过$\\text{perm}=[i_0, i_1, ..., i_{m-1}]$变换后,输出张量形状变为$(d_{i_0}, d_{i_1}, ..., d_{i_{m-1}})$ ### 三、使用示例 #### 示例1:二维张量转置 ```python import paddle x = paddle.to_tensor([[1, 2], [3, 4]]) # 原始形状 [2, 2] result = paddle.transpose(x, perm=[1, 0]) # 新形状变为 [2, 2],等价于矩阵转置 ``` #### 示例2:三维张量维度交换 ```python x = paddle.ones(shape=[2, 3, 4]) # 原始形状 [2, 3, 4] result = paddle.transpose(x, perm=[2, 0, 1]) # 新形状变为 [4, 2, 3] ``` ### 四、注意事项 1. **perm参数合法性**:必须包含0到$\\text{len(x.shape)-1}$的所有整数且不重复 2. **反向传播**:该操作支持反向梯度计算 3. **性能优化**:当仅交换最后两个维度时(如矩阵转置),使用$\\text{paddle.t}$函数效率更高[^1] ### 五、典型应用场景 1. 矩阵运算中的转置操作 2. 图像处理中通道顺序转换(如NHWC↔NCHW格式转换) 3. 注意力机制中的维度重排
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