tensorflow constant 中 shape 参数的理解

本文解析了TensorFlow中constant方法的shape参数作用,并通过实例展示了不同shape设置下张量的变化,有助于理解张量维度及填充规则。

tensorflow 新手,代码不整洁不规范请谅解。

对 tensorflow 的 constant 方法中的 shape 参数不甚理解,现在搞懂了,在此做一笔记,供人参考,tensorflow 中 reshape 方法的理解也是一样的。

1. 

import tensorflow as tf
a = tf.constant([[1.,2.,3.],[4.,5.,6.],[7.,8.,9.]],shape = [3,3])
b = tf.initialize_all_variables()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(b)
    print(sess.run(a))
输出为:
[[ 1.  2.  3.]
 [ 4.  5.  6.]
 [ 7.  8.  9.]]

很好理解。

2.

import tensorflow as tf
a = tf.constant([[1.,2.,3.],[4.,5.,6.],[7.,8.,9.]],shape = [1,3,3])
b = tf.initialize_all_variables()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(b)
    print(sess.run(a))
输出为:
[[[ 1.  2.  3.]
  [ 4.  5.  6.]
  [ 7.  8.  9.]]]

也很好理解,在例1的外层加一个中括号就行。

3. 

import tensorflow as tf
a = tf.constant([[1.,2.,3.],[4.,5.,6.],[7.,8.,9.]],shape = [1,3,3,1])
b = tf.initialize_all_variables()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(b)
    print(sess.run(a))

输出为:

[[[[ 1.]
   [ 2.]
   [ 3.]]

  [[ 4.]
   [ 5.]
   [ 6.]]

  [[ 7.]
   [ 8.]
   [ 9.]]]]

第一次看到这个的时候很不理解,因为结果很奇怪,不直观,但是其实这也是一个 3 × 3 矩阵的表示,shape中有四个数字,代表着输出的维数为4,在分割的过程中如果只剩一个数字,那么在这个数字外面加上一个中括号就充当了一维。

下面问题的输出应该猜到了吧。

a = tf.constant([[1.,2.,3.],[4.,5.,6.],[7.,8.,9.]],shape = [1,3,3,1,1])

4.

import tensorflow as tf
a = tf.constant([[1.,2.,3.],[4.,5.,6.],[7.,8.,9.]],shape = [1,3,3,2])
b = tf.initialize_all_variables()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(b)
    print(sess.run(a))

输出为:

[[[[ 1.  2.]
   [ 3.  4.]
   [ 5.  6.]]

  [[ 7.  8.]
   [ 9.  9.]
   [ 9.  9.]]

  [[ 9.  9.]
   [ 9.  9.]
   [ 9.  9.]]]]
有点惊讶吧。原因是这样的,shape中维数为4,至少有1 × 3 × 3 × 2 = 18个数字,如果所给参数中少于18个数字的话就用最后一个数字进行填充。

<think>我们正在处理用户关于张量shape参数的问题。根据用户的问题:“我想理解Python中张量的shape参数含义请问Python张量 shape参数的作用和使用方法”,我们需要解释张量形状的概念、作用以及如何在常见库(如PyTorch和TensorFlow)中使用。 参考提供的引用:-引用[1]:提到了PyTorch张量形状的操作,包括view和contiguous函数,以及一个张量的形状为torch.Size([3,4,5])等。-引用[2]:展示了在PyTorch中卷积神经网络处理过程中张量形状的变化(如从(64,1,28,28)到(64,16,26,26)),以及使用view函数改变形状。-引用[3]:关于NumPy数组的创建,但用户问题集中在张量上,所以可能参考有限。-引用[4]:解释了TensorFlow中张量的阶(即维度的数量)和形状,并给出一个二阶张量的例子。因此,我们的回答应涵盖: 1.张量形状(shape)的基本概念:表示每个维度的长度。 2. shape参数的作用:描述张量的结构,便于进行各种操作(如重塑、广播等)。 3.使用方法:如何获取和改变张量的形状(使用reshape,view,transpose等操作)。 同时,根据系统指令:-行内数学表达式用$...$,例如:一个形状为$(3,4,5)$的张量。 -独立公式用$$...$$(但此处可能不需要)。 -使用中文回答。 -生成相关问题。回答结构:1.解释张量形状的概念。 2.说明形状参数的作用。3.展示如何获取和改变形状(以PyTorch和TensorFlow为例)。4.注意事项(如连续内存问题)。最后,生成相关问题。 注意:用户问题中引用的内容来自多个来源,但主要是关于张量形状的操作,因此我们应重点解释这些操作。</think>### Python 张量 shape 参数详解 #### 一、shape 参数的含义 张量的 **shape(形状)** 是一个描述其维度的元组,表示每个轴(维度)上的元素数量。例如: - 标量(0维张量)的 shape 为 `()`,如 $5$ - 向量(1维张量)的 shape 为 `(n,)`,如 $[1,2,3]$ 的 shape 是 $(3,)$ - 矩阵(2维张量)的 shape 为 `(m,n)`,如 $\begin{bmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{bmatrix}$ 的 shape 是 $(2,2)$ - 更高维张量如 `(b,h,w,c)` 表示批次大小、高度、宽度、通道数[^4] #### 二、shape 的核心作用 1. **内存布局描述** 决定数据在内存中的排列方式,例如 shape `(3,4,5)` 表示 3 个 4×5 的矩阵(引用[1]示例)。 2. **操作兼容性检查** 张量运算(如加法、矩阵乘法)需满足形状兼容规则: - 逐元素运算:要求所有维度相同,如 $(a,b) + (a,b)$ - 矩阵乘法:满足 $(m,n) \times (n,k) = (m,k)$ 3. **维度操作依据** 重塑(reshape)、转置(transpose)等操作依赖 shape 参数: ```python # PyTorch 示例(引用[1]) data = torch.randn(3, 4, 5) # shape (3,4,5) data.transpose(1, 2) # 新 shape (3,5,4) data.permute(1, 2, 0) # 新 shape (4,5,3) ``` #### 三、使用方法(以 PyTorch/TensorFlow 为例) 1. **获取 shape** ```python # PyTorch tensor = torch.rand(2, 3) print(tensor.shape) # 输出 torch.Size([2, 3]) # TensorFlow tensor = tf.constant([[1, 2], [3, 4]]) print(tensor.shape) # 输出 (2, 2) ``` 2. **改变 shape** ```python # 方法1:reshape(内存连续时高效) new_tensor = tensor.reshape(3, 2) # 原始 (2,3) → 新 (3,2) # 方法2:view(仅适用于连续内存,引用[1]) contiguous_tensor = tensor.contiguous() # 确保内存连续 viewed_tensor = contiguous_tensor.view(6) # 展平为 1D # 方法3:转置(交换维度) transposed = tensor.transpose(0, 1) # (2,3) → (3,2) ``` 3. **自动广播(Broadcasting)** shape `(3,1)` 的张量可与 `(1,3)` 相加,自动扩展为 `(3,3)`: $$ \begin{bmatrix} a \\ b \\ c \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} x & y & z \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a+x & a+y & a+z \\ b+x & b+y & b+z \\ c+x & c+y & c+z \end{bmatrix} $$ #### 四、注意事项 1. **内存连续性** 使用 `view()` 前需调用 `contiguous()` 确保数据在内存中连续存储[^1]。 2. **维度兼容性** 重塑操作时元素总数必须不变:`(a,b,c)` 重塑后需满足 $a \times b \times c = d \times e \times f$。 3. **深度学习应用** 卷积层输入需满足 `(batch, channels, height, width)`,全连接层需展平数据(引用[2]示例)。
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