在 PyTorch 中，张量的形状操作是非常重要的，可以让你灵活地调整和处理张量的维度和数据结构。以下是一些常用的张量形状函数及其用法，带有详细解释和举例说明：

1. reshape()

功能: 改变张量的形状，但不改变数据的顺序。

语法: tensor.reshape(*shape)

示例:

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

输出:

tensor([[1, 2],[3, 4],[5, 6]])

在这个例子中，张量 x 被从形状 (2, 3) 重塑为 (3, 2)。

2. squeeze()

功能: 去除张量中大小为1的维度（例如，形状是 (1, 3, 1) 会变成 (3)）。

语法: tensor.squeeze(dim=None)

示例:

x = torch.tensor([[[1, 2, 3]]])  # shape: (1, 1, 3)
x_squeezed = x.squeeze()
print(x_squeezed)

输出:

tensor([1, 2, 3])

在这个例子中，squeeze() 去除了前两个大小为1的维度。

3. unsqueeze()

功能: 在指定的维度插入大小为1的新维度。

语法: tensor.unsqueeze(dim)

示例:

x = torch.tensor([1, 2, 3])  # shape: (3,)
x_unsqueezed = x.unsqueeze(0)  # 插入新的0维
print(x_unsqueezed.shape)  # 输出: torch.Size([1, 3])

在这个例子中，

unsqueeze(0) 在第0个维度插入一个新的大小为1的维度，将形状从 (3,) 变成 (1, 3)。

4. transpose()

功能: 交换张量的两个维度。

语法: tensor.transpose(dim0, dim1)

示例:

x = torch.tensor([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])  # shape: (2, 3)
x_transposed = x.transpose(0, 1)
print(x_transposed)

输出:

tensor([[1, 4],[2, 5],[3, 6]])

在这个例子中，transpose(0, 1) 交换了维度0和维度1，使张量的形状从 (2, 3) 变成 (3, 2)。

5. permute()

功能: 改变张量的维度顺序，允许对多个维度进行交换。

语法: tensor.permute(*dims)

示例:

x = torch.randn(2, 3, 5)  # shape: (2, 3, 5)
x_permuted = x.permute(2, 0, 1)
print(x_permuted.shape)  # 输出: torch.Size([5, 2, 3])

在这个例子中，permute(2, 0, 1) 重新排列了维度顺序，

使得形状从 (2, 3, 5) 变为 (5, 2, 3)。

6. view()

功能: 类似于 reshape()，但是 view() 需要张量在内存中是连续的。

语法: tensor.view(*shape)

示例:

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

输出:

tensor([[1, 2],[3, 4],[5, 6]])

view() 的使用需要张量是连续的，否则会报错。

关于连续性，可以结合 contiguous() 使用。

7. contiguous()

功能: 将非连续的张量转换为在内存中连续存储的张量。

语法: tensor.contiguous()

示例:

x = torch.randn(2, 3, 5)
x_permuted = x.permute(2, 0, 1)  # 这使得张量不再连续
x_contiguous = x_permuted.contiguous().view(5, 6)  # 转换为连续后再进行view操作
print(x_contiguous.shape)

permute() 操作后的张量不一定是连续的，因此需要 contiguous() 来保证可以使用 view()。

8. expand() 和 repeat()

功能: 扩展张量到更高的维度。

• expand() 只是广播，不复制内存。

• repeat() 会实际复制数据。

示例:

x = torch.tensor([1, 2, 3])
x_expanded = x.expand(3, 3)  # 广播
x_repeated = x.repeat(3, 1)  # 重复数据
print(x_expanded)
print(x_repeated)

输出:

tensor([[1, 2, 3],[1, 2, 3],[1, 2, 3]])
​
tensor([[1, 2, 3],[1, 2, 3],[1, 2, 3]])

区别在于 expand() 不会占用更多内存，而 repeat() 会真正复制数据。

总结

上述这些张量操作函数在处理多维数据时非常有用，能够灵活地调整和转换张量的形状，以便进行各种操作和模型设计。