张量操作

在tensorflow中,有很多操作张量的函数,有生成张量、创建随机张量、张量类型与形状变换和张量的切片与运算

生成张量

固定值张量

tf.zeros(shape, dtype=tf.float32, name=None)

创建所有元素设置为零的张量。此操作返回一个dtype具有形状shape和所有元素设置为零的类型的张量。

tf.zeros_like(tensor, dtype=None, name=None)

给tensor定单张量(),此操作返回tensor与所有元素设置为零相同的类型和形状的张量。

tf.ones(shape, dtype=tf.float32, name=None)

创建一个所有元素设置为1的张量。此操作返回一个类型的张量,dtype形状shape和所有元素设置为1。

tf.ones_like(tensor, dtype=None, name=None)

给tensor定单张量(),此操作返回tensor与所有元素设置为1 相同的类型和形状的张量。

tf.fill(dims, value, name=None)

创建一个填充了标量值的张量。此操作创建一个张量的形状dims并填充它value。

tf.constant(value, dtype=None, shape=None, name='Const')

创建一个常数张量。

用常数张量作为例子

t1 = tf.constant([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7])

t2 = tf.constant(-1.0, shape=[2, 3])

print(t1,t2)

我们可以看到在没有运行的时候,输出值为:

(<tf.Tensor 'Const:0' shape=(7,) dtype=int32>, <tf.Tensor 'Const_1:0' shape=(2, 3) dtype=float32>)

一个张量包含了一下几个信息

  • 一个名字,它用于键值对的存储,用于后续的检索:Const: 0
  • 一个形状描述, 描述数据的每一维度的元素个数:(2,3)
  • 数据类型,比如int32,float32

创建随机张量

一般我们经常使用的随机数函数 Math.random() 产生的是服从均匀分布的随机数,能够模拟等概率出现的情况,例如 扔一个骰子,1到6点的概率应该相等,但现实生活中更多的随机现象是符合正态分布的,例如20岁成年人的体重分布等。

假如我们在制作一个游戏,要随机设定许许多多 NPC 的身高,如果还用Math.random(),生成从140 到 220 之间的数字,就会发现每个身高段的人数是一样多的,这是比较无趣的,这样的世界也与我们习惯不同,现实应该是特别高和特别矮的都很少,处于中间的人数最多,这就要求随机函数符合正态分布。

tf.truncated_normal(shape, mean=0.0, stddev=1.0, dtype=tf.float32, seed=None, name=None)

从截断的正态分布中输出随机值,和 tf.random_normal() 一样,但是所有数字都不超过两个标准差

tf.random_normal(shape, mean=0.0, stddev=1.0, dtype=tf.float32, seed=None, name=None)

从正态分布中输出随机值,由随机正态分布的数字组成的矩阵

# 正态分布的 4X4X4 三维矩阵,平均值 0, 标准差 1
normal = tf.truncated_normal([4, 4, 4], mean=0.0, stddev=1.0) a = tf.Variable(tf.random_normal([2,2],seed=1))
b = tf.Variable(tf.truncated_normal([2,2],seed=2))
init = tf.global_variables_initializer()
with tf.Session() as sess:
sess.run(init)
print(sess.run(a))
print(sess.run(b)) 输出:
[[-0.81131822 1.48459876]
[ 0.06532937 -2.44270396]]
[[-0.85811085 -0.19662298]
[ 0.13895047 -1.22127688]]
tf.random_uniform(shape, minval=0.0, maxval=1.0, dtype=tf.float32, seed=None, name=None)

从均匀分布输出随机值。生成的值遵循该范围内的均匀分布 [minval, maxval)。下限minval包含在范围内,而maxval排除上限。

a = tf.random_uniform([2,3],1,10)

with tf.Session() as sess:
print(sess.run(a))
tf.random_shuffle(value, seed=None, name=None)

沿其第一维度随机打乱

tf.set_random_seed(seed)

设置图级随机种子

要跨会话生成不同的序列,既不设置图级别也不设置op级别的种子:

a = tf.random_uniform([1])
b = tf.random_normal([1]) print "Session 1"
with tf.Session() as sess1:
print sess1.run(a)
print sess1.run(a)
print sess1.run(b)
print sess1.run(b) print "Session 2"
with tf.Session() as sess2:
print sess2.run(a)
print sess2.run(a)
print sess2.run(b)
print sess2.run(b)

  

要为跨会话生成一个可操作的序列,请为op设置种子:

a = tf.random_uniform([1], seed=1)
b = tf.random_normal([1]) print "Session 1"
with tf.Session() as sess1:
print sess1.run(a)
print sess1.run(a)
print sess1.run(b)
print sess1.run(b) print "Session 2"
with tf.Session() as sess2:
print sess2.run(a)
print sess2.run(a)
print sess2.run(b)
print sess2.run(b)

为了使所有op产生的随机序列在会话之间是可重复的,设置一个图级别的种子:

tf.set_random_seed(1234)
a = tf.random_uniform([1])
b = tf.random_normal([1]) print "Session 1"
with tf.Session() as sess1:
print sess1.run(a)
print sess1.run(a)
print sess1.run(b)
print sess1.run(b) print "Session 2"
with tf.Session() as sess2:
print sess2.run(a)
print sess2.run(a)
print sess2.run(b)
print sess2.run(b)

我们可以看到结果

张量变换

TensorFlow提供了几种操作,您可以使用它们在图形中改变张量数据类型。

改变类型

提供了如下一些改变张量中数值类型的函数

  • tf.string_to_number(string_tensor, out_type=None, name=None)
  • tf.to_double(x, name='ToDouble')
  • tf.to_float(x, name='ToFloat')
  • tf.to_bfloat16(x, name='ToBFloat16')
  • tf.to_int32(x, name='ToInt32')
  • tf.to_int64(x, name='ToInt64')
  • tf.cast(x, dtype, name=None)

我们用一个其中一个举例子

tf.string_to_number(string_tensor, out_type=None, name=None)

将输入Tensor中的每个字符串转换为指定的数字类型。注意,int32溢出导致错误,而浮点溢出导致舍入值

n1 = tf.constant(["",""])
n2 = tf.string_to_number(n1,out_type=tf.types.float32) sess = tf.Session() result = sess.run(n2)
print result sess.close()

形状和变换

可用于确定张量的形状并更改张量的形状

  • tf.shape(input, name=None)
  • tf.size(input, name=None)
  • tf.rank(input, name=None)
  • tf.reshape(tensor, shape, name=None)
  • tf.squeeze(input, squeeze_dims=None, name=None)
  • tf.expand_dims(input, dim, name=None)
tf.shape(input, name=None)

返回张量的形状。

t = tf.constant([[[1, 1, 1], [2, 2, 2]], [[3, 3, 3], [4, 4, 4]]])
shape(t) -> [2, 2, 3]

静态形状与动态形状

静态维度 是指当你在创建一个张量或者由操作推导出一个张量时,这个张量的维度是确定的。它是一个元祖或者列表。TensorFlow将尽最大努力去猜测不同张量的形状(在不同操作之间),但是它不会总是能够做到这一点。特别是如果您开始用未知维度定义的占位符执行操作。tf.Tensor.get_shape方法读取静态形状

t = tf.placeholder(tf.float32,[None,2])
print(t.get_shape())

结果

动态形状 当你在运行你的图时,动态形状才是真正用到的。这种形状是一种描述原始张量在执行过程中的一种张量。如果你定义了一个没有标明具体维度的占位符,即用None表示维度,那么当你将值输入到占位符时,这些无维度就是一个具体的值,并且任何一个依赖这个占位符的变量,都将使用这个值。tf.shape来描述动态形状

t = tf.placeholder(tf.float32,[None,2])
print(tf.shape(t))

tf.squeeze(input, squeeze_dims=None, name=None)

这个函数的作用是将input中维度是1的那一维去掉。但是如果你不想把维度是1的全部去掉,那么你可以使用squeeze_dims参数,来指定需要去掉的位置。

import tensorflow as tf

sess = tf.Session()
data = tf.constant([[1, 2, 1], [3, 1, 1]])
print sess.run(tf.shape(data))
d_1 = tf.expand_dims(data, 0)
d_1 = tf.expand_dims(d_1, 2)
d_1 = tf.expand_dims(d_1, -1)
d_1 = tf.expand_dims(d_1, -1)
print sess.run(tf.shape(d_1))
d_2 = d_1
print sess.run(tf.shape(tf.squeeze(d_1)))
print sess.run(tf.shape(tf.squeeze(d_2, [2, 4])))
tf.expand_dims(input, dim, name=None)

该函数作用与squeeze相反,添加一个指定维度

import tensorflow as tf
import numpy as np sess = tf.Session()
data = tf.constant([[1, 2, 1], [3, 1, 1]])
print sess.run(tf.shape(data))
d_1 = tf.expand_dims(data, 0)
print sess.run(tf.shape(d_1))
d_1 = tf.expand_dims(d_1, 2)
print sess.run(tf.shape(d_1))
d_1 = tf.expand_dims(d_1, -1)
print sess.run(tf.shape(d_1))

切片与扩展

TensorFlow提供了几个操作来切片或提取张量的部分,或者将多个张量加在一起

  • tf.slice(input_, begin, size, name=None)
  • tf.split(split_dim, num_split, value, name='split')
  • tf.tile(input, multiples, name=None)
  • tf.pad(input, paddings, name=None)
  • tf.concat(concat_dim, values, name='concat')
  • tf.pack(values, name='pack')
  • tf.unpack(value, num=None, name='unpack')
  • tf.reverse_sequence(input, seq_lengths, seq_dim, name=None)
  • tf.reverse(tensor, dims, name=None)
  • tf.transpose(a, perm=None, name='transpose')
  • tf.gather(params, indices, name=None)
  • tf.dynamic_partition(data, partitions, num_partitions, name=None)
  • tf.dynamic_stitch(indices, data, name=None)

其它一些张量运算(了解查阅)

张量复制与组合

  • tf.identity(input, name=None)
  • tf.tuple(tensors, name=None, control_inputs=None)
  • tf.group(inputs, *kwargs)
  • tf.no_op(name=None)
  • tf.count_up_to(ref, limit, name=None)

逻辑运算符

  • tf.logical_and(x, y, name=None)
  • tf.logical_not(x, name=None)
  • tf.logical_or(x, y, name=None)
  • tf.logical_xor(x, y, name='LogicalXor')

比较运算符

  • tf.equal(x, y, name=None)
  • tf.not_equal(x, y, name=None)
  • tf.less(x, y, name=None)
  • tf.less_equal(x, y, name=None)
  • tf.greater(x, y, name=None)
  • tf.greater_equal(x, y, name=None)
  • tf.select(condition, t, e, name=None)
  • tf.where(input, name=None)

判断检查

  • tf.is_finite(x, name=None)
  • tf.is_inf(x, name=None)
  • tf.is_nan(x, name=None)
  • tf.verify_tensor_all_finite(t, msg, name=None) 断言张量不包含任何NaN或Inf
  • tf.check_numerics(tensor, message, name=None)
  • tf.add_check_numerics_ops()
  • tf.Assert(condition, data, summarize=None, name=None)
  • tf.Print(input_, data, message=None, first_n=None, summarize=None, name=None)

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