理解pytorch系列:transpose是怎么实现的
在PyTorch中,transpose()是一种操作,它交换张量中两个指定维度的位置。实现这一点的关键在于不实际移动数据,而是通过改变张量的元数据(包括步长(stride)和尺寸(size))来达到效果。
举例来说,假设我们有一个形状为(3, 4)的二维张量,其内存布局为行优先(row-major)即C风格的。当我们对这个张量执行transpose(0, 1)操作时,我们期望该张量行变成列,列变成行,即得到一个形状为(4,3)的新视图。
这是通过以下步骤完成的:
-
改变尺寸:改变
size元数据,使得原本第一个维度(行)的大小与第二个维度(列)的大小交换。 -
改变步长:步长(stride)是一个数组,指示了在每个维度上移动一个元素需要跳过的内存位置数。执行
transpose()时,交换了两个维度的步长。在行优先存储的张量中,行的步长通常比列的步长大。 -
不移动数据:实际上数据并没有在内存中移动,只是改变了在这块内存空间上的解释方式。
以下是一个简单的示例:
import torch# 创建一个 3x4 的张量
x = torch.arange(12).view(3, 4)
print("Original tensor:")
print(x)
# 输出:
# tensor([[ 0, 1, 2, 3],
# [ 4, 5, 6, 7],
# [ 8, 9, 10, 11]])# 现在使用 transpose 来交换两个维度
y = x.transpose(0, 1)
print("\nTransposed tensor:")
print(y)
# 输出:
# tensor([[ 0, 4, 8],
# [ 1, 5, 9],
# [ 2, 6, 10],
# [ 3, 7, 11]])
在这个例子中,x的形状发生了变化,但它的内存布局没有改变。通过调整步长和大小,transpose()创建了一个新的张量视图。
在PyTorch的底层C++实现中,同样接口会调用ATen库(张量操作库,是PyTorch的核心)中的对应函数,ATen函数会修改张量对象所关联的元数据以实现transpose()操作。这意味着实际的CPU或GPU中的数据不会因为transpose()操作而移动。这种"懒惰"操作提高了性能,特别是对于大型张量,因为它避免了不必要的数据拷贝。
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