python基本语法——数据拼接操作(numpy & torch)

本文详细介绍了Python中使用Torch和Numpy进行数组拼接的操作,包括torch.cat、torch.stack以及Numpy的np.concatenate、np.vstack和np.hstack。此外,还讲解了数组的求和及对齐输出的方法,如torch.sum和字符串的左对齐、右对齐、居中对齐。

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一、数组拼接

Torch

1. torch.cat

import torch
a = torch.ones(10)
b = torch.zeros(10)
a,b
(tensor([1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]),
 tensor([0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]))
c = torch.cat((a,b),0)
d = torch.cat((a,b),-1)
c,d
(tensor([1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
         0., 0.]),
 tensor([1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
         0., 0.]))
m = torch.rand(2,3)
n = torch.rand(2,3)
m,n
(tensor([[0.4305, 0.5858, 0.6041],
         [0.3689, 0.7339, 0.3004]]),
 tensor([[0.3952, 0.5579, 0.6647],
         [0.3820, 0.1805, 0.4863]]))
s1 = torch.cat((m,n),0) #dim = 0 按列拼接
s1
tensor([[0.4305, 0.5858, 0.6041],
        [0.3689, 0.7339, 0.3004],
        [0.3952, 0.5579, 0.6647],
        [0.3820, 0.1805, 0.4863]])
s2 = torch.cat((m,n),dim=1) # dim=1, 按行拼接
s2
tensor([[0.4305, 0.5858, 0.6041, 0.3952, 0.5579, 0.6647],
        [0.3689, 0.7339, 0.3004, 0.3820, 0.1805, 0.4863]])
s3 = torch.cat((s2,m),dim=1)
s3
tensor([[0.4305, 0.5858, 0.6041, 0.3952, 0.5579, 0.6647, 0.4305, 0.5858, 0.6041],
        [0.3689, 0.7339, 0.3004, 0.3820, 0.1805, 0.4863, 0.3689, 0.7339, 0.3004]])

示例分析:
a是[10]的列表,a一直在变化,想把这些变化都拼接到一个数组中

a_all = []
for i in range(5):
    a = torch.rand(3)
    if i==0: a_all = a
    else: a_all = torch.cat((a_all,a),dim=0)
a_all
tensor([0.2426, 0.6465, 0.6805, 0.3972, 0.0939, 0.9206, 0.3735, 0.6619, 0.4411,
        0.6900, 0.4391, 0.4374, 0.4946, 0.9330, 0.0059])
a.shape
torch.Size([3])
a.reshape(-1
<think>嗯,用户问的是PyTorch中张量拼接的方法,特别是concatenatestack的示例。我需要先回顾一下相关的函数,然后组织一个清晰的回答。 首先,PyTorch中的拼接主要有torch.cattorch.stack两个函数。用户提到的concatenate可能对应的是torch.cat,而stack就是torch.stack。我需要明确两者的区别。 根据引用[2][4],torch.cat是在现有的维度上进行拼接,张量的形状必须相同,除了拼接的那个维度。例如,两个形状为(2,3)的张量用cat在dim=0拼接后变成(4,3),而dim=1则变成(2,6)。而torch.stack会创建一个新的维度,所有输入张量的形状必须完全相同,并在新的维度上堆叠。例如,两个(2,3)张量用stack在dim=0变成(2,2,3),在dim=1变成(2,2,3)?或者需要再确认一下例子。 查看引用[2]中的示例代码,x1x2都是2x2的张量,stack在dim=0的结果是形状为(2,2,2),因为新维度在0的位置,所以结果的第一维是2,然后是原来的2x2。如果dim=1的话,应该是将新维度插入到1的位置,变成(2,2,2),但具体排列可能不同。 接下来需要分别给出catstack的示例。比如,对于cat,假设有两个形状为(3,4)的张量,在dim=0拼接后变成(6,4),dim=1变成(3,8)。而对于stack,两个(3,4)的张量在dim=0拼接后变成(2,3,4),在dim=1变成(3,2,4)等。 用户可能需要具体的代码示例,所以在回答中应该包含代码块。例如,用torch.cat的例子torch.stack的例子。同时要说明两者的区别,特别是是否需要新维度以及形状变化。 另外,用户提到了concatenate,但PyTorch中对应的函数是torch.cat,而numpy中是concatenate,可能需要指出这一点,避免混淆。引用[3]也提到numpyPyTorch中的对应函数,如stackconcatenate。 需要注意回答的结构,先介绍cat,再介绍stack,分别说明用法、示例,并比较两者的不同。然后总结如何选择使用哪个函数。同时根据用户的要求,生成相关问题。 在生成相关问题的时候,可以涉及性能比较、应用场景、维度选择的注意事项,或者错误处理等。 另外,确保所有数学表达式用$...$格式,独立公式用$$...$$,虽然这个问题可能涉及较少的数学公式,但如果有的话要正确应用。比如张量的形状可以写成$shape=(3,4)$这样的形式,但可能不需要数学公式,所以可能不需要特别处理。 现在检查引用中的信息是否准确。引用[4]提到stack会增加新维度,而cat在现有维度拼接。引用[2]中的例子正确展示了stack的使用。引用[5]也提到了stack的参数。因此,回答时需要正确引用这些信息,并在适当的位置添加引用标识,如[^2]、[^4]等。 最后,确保使用中文回答,代码块语法正确,结构清晰,分步骤解释,并生成相关问题。可能需要提醒用户注意输入张量的形状是否满足条件,比如cat要求除拼接维度外其他维度相同,而stack要求所有形状相同。</think>在PyTorch中进行张量拼接时,`torch.cat``torch.stack`是两个核心函数,但功能使用场景有所不同。以下通过具体示例说明两者的区别用法。 --- ### 一、`torch.cat`:沿现有维度拼接 **功能**:将多个张量沿着**已有维度**拼接,要求输入张量除拼接维度外其他维度必须相同[^4]。 **语法**:`torch.cat(tensors, dim=0)` **示例**: ```python import torch # 创建两个形状为(2,3)的张量 a = torch.tensor([[1, 2, 3], [4, 5, 6]]) b = torch.tensor([[7, 8, 9], [10, 11, 12]]) # 沿行(dim=0)拼接,结果形状为(4,3) result_dim0 = torch.cat([a, b], dim=0) print(result_dim0) # [[1,2,3], [4,5,6], [7,8,9], [10,11,12]] # 沿列(dim=1)拼接,结果形状为(2,6) result_dim1 = torch.cat([a, b], dim=1) print(result_dim1) # [[1,2,3,7,8,9], [4,5,6,10,11,12]] ``` --- ### 二、`torch.stack`:沿新维度堆叠 **功能**:将多个张量沿着**新创建的维度**堆叠,要求所有输入张量形状完全相同[^2]。 **语法**:`torch.stack(tensors, dim=0)` **示例**: ```python # 创建两个形状为(2,3)的张量 x = torch.tensor([[1, 2, 3], [4, 5, 6]]) y = torch.tensor([[7, 8, 9], [10, 11, 12]]) # 沿新维度(dim=0)堆叠,结果形状为(2,2,3) result_dim0 = torch.stack([x, y], dim=0) print(result_dim0.shape) # torch.Size([2, 2, 3]) # 沿新维度(dim=1)堆叠,结果形状为(2,2,3) result_dim1 = torch.stack([x, y], dim=1) print(result_dim1.shape) # torch.Size([2, 2, 3]) ``` --- ### 三、`cat` vs `stack` 对比 | 方法 | 维度处理 | 输入张量要求 | 典型应用场景 | |----------|----------------------------|--------------------|-------------------------| | `cat` | 扩展现有维度(如行或列) | 除拼接维度外需一致 | 合并同类型数据(如图像) | | `stack` | 创建新维度(如批次维度) | 所有维度完全一致 | 构建批次数据或通道合并 | --- ### 四、如何选择? - **需要合并数据且维度对齐**:用`cat`(例如合并两个图像张量)。 - **需要添加批次/分组维度**:用`stack`(例如将单张图片转为批次输入)[^2][^5]。 ---
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