PyTorch 基础

发布网友发布时间：2024-04-20 12:21

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热心网友时间：2024-07-14 13:28

欢迎进入深度学习的世界，探索PyTorch的魅力所在。作为Meta、Tesla和Microsoft等业界巨头以及OpenAI等研究机构的首选框架，PyTorch凭借其灵活性和易用性深受机器学习研究者青睐。在Papers With Code排行榜上，它是炙手可热的工具。接下来，让我们一起深入了解张量——深度学习的基石，包括创建、索引、混合PyTorch与NumPy，以及GPU的运用，确保你已安装好PyTorch，可以从这里获取入门教程，或通过Kaggle实践开始你的旅程。详细的导入和张量教程，请查阅官方文档。

在PyTorch中，一切始于数字，它们是`torch.Tensor`的化身。张量的维度通过`ndim`检查，转换为Python整数则用`item()`。向量是一维的张量，代表一组数据；矩阵多了一维，记为`torch.Size([rows, cols])`。创建张量如`torch.rand(size)`，可以自定义维度。全0或全1的张量用`torch.zeros`和`torch.ones`来定义，`torch.arange(start, end, step)`则用于生成指定范围内的序列。

简而言之，标量、向量和张量分别是单维、二维和*的数据结构。在机器学习中，模型通过随机张量操作数据，包括初始化、观察数据和调整数据。使用`torch.rand()`和相关函数，你可以创建随机数张量。

动态创建范围：通过`torch.arange(start, end, step)`，例如从0到10或0到100，步长为1。

形状匹配的魔法：用`torch.zeros_like(input)`或`torch.ones_like(input)`生成与输入张量形状一致的全零或全一张量。

PyTorch提供丰富的数据类型选择，如`float32`、`float16`和`float64`，适应不同的计算精度和速度需求。

为了保持计算效率，精确度与计算复杂性之间需找到平衡。创建特定数据类型的张量，如`dtype=torch.float16`。

每个张量都有其shape（维度）、dtype（数据类型）和device（存储位置），这些信息对于理解张量的特性至关重要。

在PyTorch中，基本的数*算如加减乘除，以及矩阵乘法（在神经网络中常见）都变得轻而易举。`torch.add()`和`torch.matmul()`是你的得力助手，而`*`运算符通常用于便捷操作。

深度学习的核心在于张量的运作，它承载着数据，并通过模型学习数据之间的关系。基本操作包括加减乘法，但张量的内部值一旦改变，如120变为130，可能会影响其表现。

在处理数据时，重新分配和减法操作，如用新值减去张量，可以通过`torch.mul()`和`torch.add()`实现。PyTorch内置的这些函数为你提供了强大的工具。

矩阵乘法是深度学习的重要组成部分，`torch.matmul()`负责执行，务必注意矩阵尺寸规则，以及Python中的"@"符号与矩阵相乘的区别。

在构建模型时，避免形状不匹配的错误，确保矩阵乘法的维度相匹配。张量转置和转置方法（`torch.transpose()`或`.T`）是为了遵循矩阵乘法规则而设计的。

`torch.nn.Linear`层是前馈神经网络的关键组件，通过矩阵乘法处理输入和权重，其中权重矩阵A是转置的。

张量操作涵盖广泛，如求最大值、最小值、平均值和总和，但别忘了检查数据类型的一致性。

更深入的操作包括`torch.argmax()`和`torch.argmin()`来获取最大值和最小值的索引，以及softmax激活函数，它提供了值的相对概率分布，而非原始数值。

数据类型转换是另一个重要的步骤，如从`float64`到`float32`或`float16`，使用`torch.Tensor.type(dtype)`来实现。重塑张量，如`torch.reshape()`和`view()`，允许你改变维度但保持数据不变。

进一步，`stack()`用于沿新维度组合数据，`squeeze()`和`unsqueeze()`用于增删维度，而`permute()`则用于重新排列维度。

索引操作在PyTorch中如丝般顺滑，但注意添加维度后的索引顺序，尤其是在处理大型张量时。PyTorch与NumPy之间的互动十分流畅，通过`torch.from_numpy()`和`numpy()`方法转换数据类型，保持了随机性的关键作用。

若想利用GPU加速，首先确保你的系统已安装Nvidia GPU，通过`!nvidia-smi`命令检查驱动。PyTorch的`torch.cuda`包负责在GPU上处理和存储数据。使用`torch.cuda.is_available()`测试GPU可用性，通过设置`device`变量来自动选择CPU或GPU。在GPU上进行计算，不仅速度快，还能显著提升深度学习模型的性能，只需通过`to(device)`将张量和模型迁移到GPU。

综上所述，PyTorch的张量操作为深度学习提供了强大的工具。无论你是入门者还是经验丰富的开发者，理解这些基础概念将有助于你更深入地探索和构建复杂的模型。现在，就让我们一起踏上探索深度学习之旅吧！