torch.copy_()函数介绍

本文详细讲解了PyTorch中tensor.copy_()函数的作用,强调其与直接赋值的内存管理差异,并通过实例演示了指定区域拷贝。重点在于优化内存使用和训练效率。
PyTorch 2.5

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Cuda

PyTorch 是一个开源的 Python 机器学习库,基于 Torch 库,底层由 C++ 实现,应用于人工智能领域,如计算机视觉和自然语言处理

 torch.copy_()函数进行tensor的复制。

 Tensor.copy_(srcnon_blocking=False) → Tensor

官网定义:Copies the elements from src into self tensor and returns self.

1)若采用直接赋值的方式,原来权重的存储指针会指向新得到的权重张量的存储区域;而使用 .copy_() 的话,仅仅是改变原来权重的值,存储区域则不发生改变。copy_()有利于降低运算。

import torch
x = torch.tensor([[1,2], [3,4], [5,6]])
y = torch.rand((3,2)) # [0,1)之间均匀分布
print(y,id(y))
y = x #赋值操作,导致y的地址指向变了
print(y,id(y))
import torch
x = torch.tensor([[1,2], [3,4], [5,6]])
y = torch.rand((3,2)) # [0,1)之间均匀分布
print(y,id(y))
y.copy_(x) # copy_()操作,y的地址指向没变,只是重新赋值。
print(y,id(y))

2)指定区域拷贝

import torch
x = torch.tensor([[1,2], [3,4], [5,6]])

z = torch.rand((4,2))
z[:x.shape[0],:x.shape[1]].copy_(x) #只拷贝x的大小区域
print(z[:x.shape[0],:x.shape[1]].copy_(x))
print(z)

 参考文章《【Pytorch 模型训练 Issue】tensor.copy_() 与 直接赋值(=) 对训练耗时的影响 - 知乎 

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<think>好的,我需要回答用户关于`torch.from_numpy`的用法和相关注意事项的问题。用户之前提到了`torch.cat`,现在转向数据转换的问题。首先,我得回顾用户提供的引用内容,尤其是引用[1]和[2],里面提到`torch.from_numpy`与`torch.Tensor`的区别,内存共享的问题,以及类型转换的注意事项。用户可能想知道如何正确使用这个函数,避免常见错误,比如内存共享导致的数据意外修改,或者类型不一致的问题。 首先,我需要明确`torch.from_numpy`的基本用法,即如何将NumPy数组转换为PyTorch张量。根据引用[1],`torch.from_numpy`在转换时与NumPy数组共享内存,这意味着修改其中一个会影响另一个。这一点非常重要,需要特别强调,避免用户因为不了解内存共享而导致数据错误。 然后,对比`torch.Tensor`构造函数和`torch.from_numpy`的区别。引用[1]提到,当源数据是float类型时,两者都会得到`torch.float32`,并且共享内存。但如果源数据不是float类型,比如int,`torch.Tensor`会强制转换为float32,而`torch.from_numpy`会保持原数据类型。这可能导致类型不符的问题,需要举例说明。 接下来,用户可能关心如何正确进行类型转换,特别是在需要复制数据而不是共享内存的时候。引用[2]提到使用`.clone().detach()`或者`torch.tensor()`时的警告,建议使用这些方法来避免潜在问题。需要解释何时应该使用内存共享,何时应该复制数据,并提供代码示例。 此外,用户可能遇到设备不一致的问题,比如NumPy数组在CPU,而希望张量在GPU。这时候需要先转换到GPU,但要注意`torch.from_numpy`只能创建CPU张量,之后需要用`.to(device)`移动到GPU。同时,移动后的张量是否仍与原始数组共享内存?应该指出,一旦张量被移动到GPU,就不再共享内存,因为NumPy数组只能在CPU上。 还要提到梯度的问题,因为`torch.from_numpy`创建的张量默认不启用梯度,如果需要计算梯度,需要显式设置`requires_grad=True`。但要注意,如果之后修改了原始NumPy数组,共享内存的张量也会改变,这可能会影响梯度计算,需要提醒用户注意。 总结需要考虑的几个方面: 1. `torch.from_numpy`的基本用法和内存共享特性。 2. 与`torch.Tensor`构造函数的区别,特别是在非float类型时的表现。 3. 数据类型一致性问题和解决方案。 4. 设备转换(CPU到GPU)的注意事项。 5. 如何正确复制数据以避免意外的内存共享。 6. 梯度相关的注意事项。 需要结构清晰,分点说明,每个部分都给出示例代码和可能的错误情况,以及解决方法。同时引用用户提供的引用内容,确保回答符合他们的参考资料,并补充实际应用中的技巧和常见问题。</think>#### **1. `torch.from_numpy` 核心机制与用法** `torch.from_numpy` 是 PyTorch 中用于将 **NumPy 数组**转换为 **PyTorch 张量**的核心函数,其核心特性是**内存共享**。这意味着转换后的张量与原始 NumPy 数组共享底层内存,修改任意一方会同步影响另一方[^1]。 ##### **基本语法** ```python torch.from_numpy(ndarray) → Tensor ``` - **输入要求**: NumPy 数组(`np.ndarray` 类型) - **输出特性**: - 设备始终在 CPU - 数据类型与原始数组保持一致 - 默认不追踪梯度 (`requires_grad=False`) --- #### **2. 与 `torch.Tensor` 构造函数的对比** | 特性 | `torch.from_numpy` | `torch.Tensor` | |---------------------|--------------------------------|---------------------------------| | **输入类型** | 仅限 NumPy 数组 | 支持多种类型(列表、数组等) | | **内存共享** | 是(与原始数组共享内存) | 仅在输入为 float 类型时可能共享 | | **数据类型保留** | 完全一致 | 强制转换为 `torch.float32` | | **典型使用场景** | 需要内存共享的转换 | 新建张量或类型转换 | ##### **示例分析** ```python import numpy as np import torch # 原始 int 类型数组 np_array_int = np.array([1, 2, 3], dtype=np.int32) # 使用 torch.from_numpy tensor_from_np = torch.from_numpy(np_array_int) # dtype=torch.int32 # 使用 torch.Tensor tensor_ctor = torch.Tensor(np_array_int) # dtype=torch.float32 print(tensor_from_np.dtype) # torch.int32 print(tensor_ctor.dtype) # torch.float32 ``` **关键结论**:当处理非 float 类型数据时,`torch.from_numpy` 能保留原始数据类型,而 `torch.Tensor` 会强制转换为 float32[^1]。 --- #### **3. 四大核心注意事项** ##### **注意1:内存共享的副作用** ```python np_array = np.array([1.0, 2.0, 3.0]) tensor = torch.from_numpy(np_array) # 修改原始数组会影响张量 np_array[0] = 100.0 print(tensor) # tensor([100., 2., 3.]) # 解决方案(需要独立内存): tensor = torch.from_numpy(np_array.copy()) # 复制数据 ``` ##### **注意2:数据类型一致性** ```python # 错误示例:类型不匹配导致计算错误 np_array_uint8 = np.array([128], dtype=np.uint8) tensor = torch.from_numpy(np_array_uint8) # dtype=torch.uint8 result = tensor.float() + 1000 # 可能导致溢出 # 正确做法:显式转换类型 tensor = torch.from_numpy(np_array_uint8.astype(np.float32)) ``` ##### **注意3:设备迁移限制** ```python np_array = np.random.randn(3,3) tensor = torch.from_numpy(np_array).cuda() # 先转张量再迁移到GPU # 此时张量与原始数组不再共享内存(GPU数据独立) ``` ##### **注意4:梯度追踪配置** ```python np_array = np.random.randn(3,3) tensor = torch.from_numpy(np_array).requires_grad_(True) # 手动启用梯度 # 若需要断开梯度: tensor = torch.from_numpy(np_array).detach() ``` --- #### **4. 典型应用场景** ##### **场景1:图像处理流水线** ```python # 从 OpenCV 读取图像(NumPy 格式) import cv2 image_np = cv2.imread("image.jpg") # shape (H, W, C), dtype=uint8 # 转换为张量并调整维度顺序 image_tensor = torch.from_numpy(image_np).permute(2,0,1) # (C, H, W) ``` ##### **场景2:科学计算数据交互** ```python # 使用 NumPy 进行预处理 data_np = np.load("scientific_data.npy") data_np = (data_np - np.mean(data_np)) / np.std(data_np) # 标准化 # 转换为张量用于训练 data_tensor = torch.from_numpy(data_np).float() ``` --- #### **5. 常见错误与解决方案** ##### **错误1:尝试转换非 NumPy 数据** ```python # 错误示例 python_list = [1, 2, 3] tensor = torch.from_numpy(python_list) # TypeError # 正确做法:先转换为 NumPy 数组 tensor = torch.from_numpy(np.array(python_list)) ``` ##### **错误2:忽略设备迁移的副作用** ```python np_array = np.random.randn(1000, 1000) tensor = torch.from_numpy(np_array).cuda() # 此时原始数组修改不会影响张量 np_array[0,0] = 999 print(tensor[0,0]) # 值未改变(GPU内存独立) ``` ##### **错误3:梯度回传失效** ```python np_array = np.random.randn(3, requires_grad=True) # NumPy无梯度概念 tensor = torch.from_numpy(np_array) # 需显式设置梯度追踪 tensor.requires_grad_() loss = tensor.sum() loss.backward() # 正常计算梯度 ``` --- #### **6. 性能优化技巧** ##### **技巧1:避免不必要的复制** ```python # 需要频繁访问的只读数据 large_np_array = np.load("big_data.npy") # 10GB 数据 tensor = torch.from_numpy(large_np_array) # 零拷贝转换 ``` ##### **技巧2:类型转换优化** ```python # 原始数据为 float64 但需要 float32 np_array = np.random.randn(1000).astype(np.float64) # 低效方式(两次内存分配) tensor = torch.from_numpy(np_array).float() # 高效方式(单次转换) tensor = torch.from_numpy(np_array.astype(np.float32)) ``` --- #### **7. 与类似操作的对比** | 操作 | 内存共享 | 设备位置 | 数据类型保留 | 梯度支持 | |-----------------------|----------|----------|--------------|---------------| | `torch.from_numpy()` | 是 | CPU | 完全保留 | 需手动启用 | | `torch.as_tensor()` | 是 | 保留原始 | 部分保留 | 继承原始属性 | | `torch.tensor()` | 否 | CPU | 强制转换 | 默认不启用 | ---
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