深入理解Pytorch中的torch. matmul()
作者:海轰Pro
torch.matmul()
语法
torch.matmul(input, other, *, out=None) → Tensor
作用
两个张量的矩阵乘积
行为取决于张量的维度,如下所示:
- 如果两个张量都是一维的,则返回点积(标量)。
- 如果两个参数都是二维的,则返回矩阵-矩阵乘积。
- 如果第一个参数是一维的,第二个参数是二维的,为了矩阵乘法的目的,在它的维数前面加上一个 1。在矩阵相乘之后,前置维度被移除。
- 如果第一个参数是二维的,第二个参数是一维的,则返回矩阵向量积。
- 如果两个参数至少为一维且至少一个参数为 N 维(其中 N > 2),则返回批处理矩阵乘法
- 如果第一个参数是一维的,则将 1 添加到其维度,以便批量矩阵相乘并在之后删除。如果第二个参数是一维的,则将 1 附加到其维度以用于批量矩阵倍数并在之后删除
- 非矩阵(即批次)维度是广播的(因此必须是可广播的)
- 例如,如果输入是( j × 1 × n × n ) (j \times 1 \times n \times n)(j×1×n×n) 张量
- 另一个是 ( k × n × n ) (k \times n \times n)(k×n×n)张量,
- out 将是一个 ( j × k × n × n ) (j \times k \times n \times n)(j×k×n×n) 张量
请注意,广播逻辑在确定输入是否可广播时仅查看批处理维度,而不是矩阵维度
例如
- 如果输入是 ( j × 1 × n × m ) (j \times 1 \times n \times m)(j×1×n×m) 张量
- 另一个是 ( k × m × p ) (k \times m \times p)(k×m×p) 张量
- 即使最后两个维度(即矩阵维度)不同,这些输入对于广播也是有效的
- out 将是一个 ( j × k × n × p ) (j \times k \times n \times p)(j×k×n×p) 张量
该运算符支持 TensorFloat32。
在某些 ROCm 设备上,当使用 float16 输入时,此模块将使用不同的向后精度
举例
情形1: 一维 * 一维
如果两个张量都是一维的,则返回点积(标量)
tensor1 = torch.Tensor([1,2,3]) tensor2 =torch.Tensor([4,5,6]) ans = torch.matmul(tensor1, tensor2) print('tensor1 : ', tensor1) print('tensor2 : ', tensor2) print('ans :', ans) print('ans.size :', ans.size())
ans = 1 * 4 + 2 * 5 + 3 * 6 = 32
情形2: 二维 * 二维
如果两个参数都是二维的,则返回矩阵-矩阵乘积
也就是 正常的矩阵乘法 (m * n) * (n * k) = (m * k)
tensor1 = torch.Tensor([[1,2,3],[1,2,3]]) tensor2 =torch.Tensor([[4,5],[4,5],[4,5]]) ans = torch.matmul(tensor1, tensor2) print('tensor1 : ', tensor1) print('tensor2 : ', tensor2) print('ans :', ans) print('ans.size :', ans.size())
情形3: 一维 * 二维
如果第一个参数是一维的,第二个参数是二维的,为了矩阵乘法的目的,在它的维数前面加上一个 1
在矩阵相乘之后,前置维度被移除
tensor1 = torch.Tensor([1,2,3]) # 注意这里是一维 tensor2 =torch.Tensor([[4,5],[4,5],[4,5]]) ans = torch.matmul(tensor1, tensor2) print('tensor1 : ', tensor1) print('tensor2 : ', tensor2) print('ans :', ans) print('ans.size :', ans.size())
tensor1 = torch.Tensor([1,2,3])
修改为 tensor1 = torch.Tensor([[1,2,3]])
发现一个结果是[24., 30.]
一个是[[24., 30.]]
所以,当一维 * 二维时, 开始变成 1 * m(一维的维度),也就是一个二维, 再进行正常的矩阵运算,得到[[24., 30.]]
, 然后再去掉开始增加的一个维度,得到[24., 30.]
想象为二维 * 二维(前置维度为1),最后结果去掉一个维度即可
情形4: 二维 * 一维
如果第一个参数是二维的,第二个参数是一维的,则返回矩阵向量积
tensor1 =torch.Tensor([[4,5,6],[7,8,9]]) tensor2 = torch.Tensor([1,2,3]) ans = torch.matmul(tensor1, tensor2) print('tensor1 : ', tensor1) print('tensor2 : ', tensor2) print('ans :', ans) print('ans.size :', ans.size())
理解为:
- 把第一个二维中,想象为多个行向量
- 第二个一维想象为一个列向量
- 行向量与列向量进行矩阵乘法,得到一个标量
- 再按照行堆叠起来即可
情形5:两个参数至少为一维且至少一个参数为 N 维(其中 N > 2),则返回批处理矩阵乘法
第一个参数为N维,第二个参数为一维时
tensor1 = torch.randn(10, 3, 4) tensor2 = torch.randn(4) print(torch.matmul(tensor1, tensor2).size())
(4) 先添加一个维度 (4 * 1)
得到(10 * 3 * 4) *( 4 * 1) = (10 * 3 * 1)
再删除最后一个维度(添加的那个)
得到结果(10 * 3)
tensor1 = torch.randn(10,2, 3, 4) # tensor2 = torch.randn(4) print(torch.matmul(tensor1, tensor2).size())
(10 * 2 * 3 * 4) * (4 * 1) = (10 * 2 * 3) 【抵消4,删1】
第一个参数为一维,第二个参数为二维时
tensor1 = torch.randn(4) tensor2 = torch.randn(10, 4, 3) print(torch.matmul(tensor1, tensor2).size())
tensor2 中第一个10理解为批次, 10个(4 * 3)
(1 * 4)与每个(4 * 3) 相乘得到(1,3),去除1,得到(3)
批次为10,得到(10,3)
tensor1 = torch.randn(4) tensor2 = torch.randn(10,2, 4, 3) print(torch.matmul(tensor1, tensor2).size())
这里批次理解为[10, 2]即可
tensor1 = torch.randn(4) tensor2 = torch.randn(10,4, 2,4,1) print(torch.matmul(tensor1, tensor2).size())
个人理解:当一个参数为一维时,它要去匹配另一个参数的最后两个维度(二维 * 二维)
比如上面的例子就是(1 * 4) 匹配 (4,1), 批次为(10,4,2)
高维 * 高维时
注:这不太好理解 … 感觉就是要找准批次,再进行乘法(靠感觉了 哈哈 离谱)
参考 https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.matmul.html#torch.matmul
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