PyTorch学习之张量（Tensor）（一）
1. 张量的基本概念
1.1. 定义与特性
张量是PyTorch中最基础的数据结构，可视为多维数组的泛化形式，支持标量（0维）、向量（1维）、矩阵（2维）及更高维度的数据存储。其核心特性包括：
- 动态计算图：允许实时构建和调整计算流程，适合复杂模型（如RNN）的灵活设计
- 自动微分：通过
autograd模块自动计算梯度，简化反向传播的实现。 - 设备兼容性：可无缝运行于CPU或GPU，利用GPU加速大规模计算
1.2. 数据类型与设备
PyTorch张量支持多种数据类型：
- 数值类型：如
torch.FloatTensor（32位浮点数）、torch.LongTensor（64位整数） - 布尔类型：
torch.BoolTensor用于逻辑运算
通过.dtype查看数据类型，.device确认存储位置（CPU/GPU）。
2. 张量的创建与初始化
2.1. 直接创建
- 使用
torch.tensor()从Python列表或NumPy数组转换：
data = [[1, 2], [3, 4]]tensor = torch.tensor(data) # 自动推断数据类型
- 特定初始化方法：
torch.zeros()生成全零张量，torch.rand()生成均匀分布随机数torch.arange()生成序列值，torch.eye()创建单位矩阵
2.2. 从NumPy转换
PyTorch与NumPy可共享底层内存，实现高效数据交互：
np_array = np.array([[1, 2], [3, 4]])tensor_from_np = torch.from_numpy(np_array) # 转换为张量np_from_tensor = tensor.numpy() # 转回NumPy数组
需注意内存连续性，必要时使用.contiguous()。
3. 张量的核心操作
3.1. 数学运算
- 逐元素运算：加法（
+）、乘法（*）、绝对值（torch.abs()）等 - 矩阵运算：矩阵乘法（
torch.mm()）、转置（.t()或.transpose()） - 统计运算：求和（
.sum()）、均值（.mean()）、最大值（.max()）
3.2. 索引与切片
语法与NumPy类似，支持多维索引和布尔筛选：
tensor_2d = torch.tensor([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])print(tensor_2d[0, 1]) # 输出2（第1行第2列）print(tensor_2d[:, 1:3]) # 切片所有行的第2-3列
3.3. 形状重塑与广播
- 重塑：通过
.view()或.reshape()调整形状，需保持元素总数一致 - 广播机制：自动扩展不同形状张量的维度以匹配运算，如向量与矩阵相加
4. 高级特性与优化
4.1. 自动微分与梯度计算
设置requires_grad=True启用梯度跟踪，backward()自动计算梯度：
x = torch.tensor([1.0, 2.0], requires_grad=True)y = x ** 2y.sum().backward() # 计算梯度print(x.grad) # 输出[2.0, 4.0]
通过torch.no_grad()临时禁用梯度以提升性能。
4.2. GPU加速与内存管理
- 设备切换：使用
.to('cuda')将张量移至GPU，利用并行计算加速 - 内存优化：采用
in-place操作（如.add_()）减少内存占用
总结
PyTorch 张量是深度学习任务的核心载体，其灵活的操作接口、高效的GPU加速能力与自动微分特性，使其成为模型开发与优化的基石。
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