作者：chen_h
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用 Numpy 还是 Torch?
torch 自称为神经网络界的 Numpy, 因为他能将 torch 产生的 tensor 放在 GPU 中加速运算 (前提是你有合适的 GPU), 就像 Numpy 会把 array 放在 CPU 中加速运算. 所以神经网络的话, 当然是用 Torch 的 tensor 形式数据最好咯. 就像 Tensorflow 当中的 tensor 一样。
当然, 我们对 Numpy 还是爱不释手的, 因为我们太习惯 numpy 的形式了. 不过 torch 看出来我们的喜爱, 他把 torch 做的和 numpy 能很好的兼容. 比如这样就能自由地转换 numpy array 和 torch tensor 了:
import torch
import numpy as np
np_data = np.arange(6).reshape((2, 3))
torch_data = torch.from_numpy(np_data)
tensor2array = torch_data.numpy()
print(
'\nnumpy array:', np_data, # [[0 1 2], [3 4 5]]
'\ntorch tensor:', torch_data, # 0 1 2 \n 3 4 5 [torch.LongTensor of size 2x3]
'\ntensor to array:', tensor2array, # [[0 1 2], [3 4 5]]
)
Torch 中的数学运算
其实 torch 中 tensor 的运算和 numpy array 的如出一辙, 我们就以对比的形式来看. 如果想了解 torch 中其它更多有用的运算符,
# abs 绝对值计算
data = [-1, -2, 1, 2]
tensor = torch.FloatTensor(data) # 转换成32位浮点 tensor
print(
'\nabs',
'\nnumpy: ', np.abs(data), # [1 2 1 2]
'\ntorch: ', torch.abs(tensor) # [1 2 1 2]
)
# sin 三角函数 sin
print(
'\nsin',
'\nnumpy: ', np.sin(data), # [-0.84147098 -0.90929743 0.84147098 0.90929743]
'\ntorch: ', torch.sin(tensor) # [-0.8415 -0.9093 0.8415 0.9093]
)
# mean 均值
print(
'\nmean',
'\nnumpy: ', np.mean(data), # 0.0
'\ntorch: ', torch.mean(tensor) # 0.0
)
变量 Variable
在 Torch 中的 Variable 就是一个存放会变化的值的地理位置. 里面的值会不停的变化. 就像一个裝鸡蛋的篮子, 鸡蛋数会不停变动. 那谁是里面的鸡蛋呢, 自然就是 Torch 的 Tensor 咯. 如果用一个 Variable 进行计算, 那返回的也是一个同类型的 Variable.
我们定义一个 Variable:
import torch
from torch.autograd import Variable # torch 中 Variable 模块
# 先生鸡蛋
tensor = torch.FloatTensor([[1,2],[3,4]])
# 把鸡蛋放到篮子里, requires_grad是参不参与误差反向传播, 要不要计算梯度
variable = Variable(tensor, requires_grad=True)
print(tensor)
"""
1 2
3 4
[torch.FloatTensor of size 2x2]
"""
print(variable)
"""
Variable containing:
1 2
3 4
[torch.FloatTensor of size 2x2]
"""
Variable 计算, 梯度
我们再对比一下 tensor 的计算和 variable 的计算。
t_out = torch.mean(tensor*tensor) # x^2
v_out = torch.mean(variable*variable) # x^2
print(t_out)
print(v_out) # 7.5
到目前为止, 我们看不出什么不同, 但是时刻记住, Variable 计算时, 它在背景幕布后面一步步默默地搭建着一个庞大的系统, 叫做计算图, computational graph. 这个图是用来干嘛的? 原来是将所有的计算步骤 (节点) 都连接起来, 最后进行误差反向传递的时候, 一次性将所有 variable 里面的修改幅度 (梯度) 都计算出来, 而 tensor 就没有这个能力啦.
v_out = torch.mean(variable*variable) 就是在计算图中添加的一个计算步骤, 计算误差反向传递的时候有他一份功劳, 我们就来举个例子:
v_out.backward() # 模拟 v_out 的误差反向传递
# 下面两步看不懂没关系, 只要知道 Variable 是计算图的一部分, 可以用来传递误差就好.
# v_out = 1/4 * sum(variable*variable) 这是计算图中的 v_out 计算步骤
# 针对于 v_out 的梯度就是, d(v_out)/d(variable) = 1/4*2*variable = variable/2
print(variable.grad) # 初始 Variable 的梯度
'''
0.5000 1.0000
1.5000 2.0000
'''
获取 Variable 里面的数据
直接print(variable)只会输出 Variable 形式的数据, 在很多时候是用不了的(比如想要用 plt 画图), 所以我们要转换一下, 将它变成 tensor 形式.
print(variable) # Variable 形式
"""
Variable containing:
1 2
3 4
[torch.FloatTensor of size 2x2]
"""
print(variable.data) # tensor 形式
"""
1 2
3 4
[torch.FloatTensor of size 2x2]
"""
print(variable.data.numpy()) # numpy 形式
"""
[[ 1. 2.]
[ 3. 4.]]
"""
Torch 中的激励函数
Torch 中的激励函数有很多, 不过我们平时要用到的就这几个. relu, sigmoid, tanh, softplus. 那我们就看看他们各自长什么样啦.
import torch
import torch.nn.functional as F # 激励函数都在这
from torch.autograd import Variable
# 做一些假数据来观看图像
x = torch.linspace(-5, 5, 200) # x data (tensor), shape=(100, 1)
x = Variable(x)
接着就是做生成不同的激励函数数据:
x_np = x.data.numpy() # 换成 numpy array, 出图时用
# 几种常用的 激励函数
y_relu = F.relu(x).data.numpy()
y_sigmoid = F.sigmoid(x).data.numpy()
y_tanh = F.tanh(x).data.numpy()
y_softplus = F.softplus(x).data.numpy()
# y_softmax = F.softmax(x) softmax 比较特殊, 不能直接显示, 不过他是关于概率的, 用于分类
接着我们开始画图, 画图的代码也在下面:
import matplotlib.pyplot as plt # python 的可视化模块, 我有教程 (https://morvanzhou.github.io/tutorials/data-manipulation/plt/)
plt.figure(1, figsize=(8, 6))
plt.subplot(221)
plt.plot(x_np, y_relu, c='red', label='relu')
plt.ylim((-1, 5))
plt.legend(loc='best')
plt.subplot(222)
plt.plot(x_np, y_sigmoid, c='red', label='sigmoid')
plt.ylim((-0.2, 1.2))
plt.legend(loc='best')
plt.subplot(223)
plt.plot(x_np, y_tanh, c='red', label='tanh')
plt.ylim((-1.2, 1.2))
plt.legend(loc='best')
plt.subplot(224)
plt.plot(x_np, y_softplus, c='red', label='softplus')
plt.ylim((-0.2, 6))
plt.legend(loc='best')
plt.show()
链接：
https://morvanzhou.github.io/tutorials/machine-learning/torch/
https://pytorch.org/docs/stable/torch.html
https://pytorch.org/docs/stable/torch.html
