PyTorch中view()與?reshape()的區(qū)別詳析
前言
總之，兩者都是用來重塑tensor的shape的。view只適合對滿足連續(xù)性條件（contiguous）的tensor進行操作，而reshape同時還可以對不滿足連續(xù)性條件的tensor進行操作，具有更好的魯棒性。view能干的reshape都能干，如果view不能干就可以用reshape來處理。別看目錄挺多，但內(nèi)容很細(xì)呀~其實原理并不難啦~我們開始吧~
一、PyTorch中tensor的存儲方式
想要深入理解view與reshape的區(qū)別，首先要理解一些有關(guān)PyTorch張量存儲的底層原理，比如tensor的頭信息區(qū)（Tensor）和存儲區(qū) （Storage）以及tensor的步長Stride。不用慌，這部分的原理其實很簡單的(^-^)!
1、PyTorch張量存儲的底層原理
tensor數(shù)據(jù)采用頭信息區(qū)（Tensor）和存儲區(qū) （Storage）分開存儲的形式，如圖1所示。變量名以及其存儲的數(shù)據(jù)是分為兩個區(qū)域分別存儲的。比如，我們定義并初始化一個tensor，tensor名為A，A的形狀size、步長stride、數(shù)據(jù)的索引等信息都存儲在頭信息區(qū)，而A所存儲的真實數(shù)據(jù)則存儲在存儲區(qū)。另外，如果我們對A進行截取、轉(zhuǎn)置或修改等操作后賦值給B，則B的數(shù)據(jù)共享A的存儲區(qū)，存儲區(qū)的數(shù)據(jù)數(shù)量沒變，變化的只是B的頭信息區(qū)對數(shù)據(jù)的索引方式。如果聽說過淺拷貝和深拷貝的話，很容易明白這種方式其實就是淺拷貝。
圖1 Torch中Tensor的存儲結(jié)構(gòu)
舉個例子：
import torch
a = torch.arange(5) # 初始化張量 a 為 [0, 1, 2, 3, 4]
b = a[2:] # 截取張量a的部分值并賦值給b，b其實只是改變了a對數(shù)據(jù)的索引方式
print('a:', a)
print('b:', b)
print('ptr of storage of a:', a.storage().data_ptr()) # 打印a的存儲區(qū)地址
print('ptr of storage of b:', b.storage().data_ptr()) # 打印b的存儲區(qū)地址,可以發(fā)現(xiàn)兩者是共用存儲區(qū)
print('==================================================================')
b[1] = 0 # 修改b中索引為1，即a中索引為3的數(shù)據(jù)為0
print('a:', a)
print('b:', b)
print('ptr of storage of a:', a.storage().data_ptr()) # 打印a的存儲區(qū)地址,可以發(fā)現(xiàn)a的相應(yīng)位置的值也跟著改變，說明兩者是共用存儲區(qū)
print('ptr of storage of b:', b.storage().data_ptr()) # 打印b的存儲區(qū)地址
''' 運行結(jié)果 '''
a: tensor([0, 1, 2, 3, 4])
b: tensor([2, 3, 4])
ptr of storage of a: 2862826251264
ptr of storage of b: 2862826251264
==================================================================
a: tensor([0, 1, 2, 0, 4])
b: tensor([2, 0, 4])
ptr of storage of a: 2862826251264
ptr of storage of b: 28628262512642、PyTorch張量的步長（stride）屬性
torch的tensor也是有步長屬性的，說起stride屬性是不是很耳熟？是的，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中卷積核對特征圖的卷積操作也是有stride屬性的，但這兩個stride可完全不是一個意思哦。tensor的步長可以理解為從索引中的一個維度跨到下一個維度中間的跨度。為方便理解，就直接用圖1說明了，您細(xì)細(xì)品(^-^)：
圖2 對張量的stride屬性的理解
舉個例子：
import torch
a = torch.arange(6).reshape(2, 3) # 初始化張量 a
b = torch.arange(6).view(3, 2) # 初始化張量 b
print('a:', a)
print('stride of a:', a.stride()) # 打印a的stride
print('b:', b)
print('stride of b:', b.stride()) # 打印b的stride
''' 運行結(jié)果 '''
a: tensor([[0, 1, 2],
[3, 4, 5]])
stride of a: (3, 1)
b: tensor([[0, 1],
[2, 3],
[4, 5]])
stride of b: (2, 1)二、對“視圖(view)”字眼的理解
視圖是數(shù)據(jù)的一個別稱或引用，通過該別稱或引用亦便可訪問、操作原有數(shù)據(jù)，但原有數(shù)據(jù)不會產(chǎn)生拷貝。如果我們對視圖進行修改，它會影響到原始數(shù)據(jù)，物理內(nèi)存在同一位置，這樣避免了重新創(chuàng)建張量的高內(nèi)存開銷。由上面介紹的PyTorch的張量存儲方式可以理解為：對張量的大部分操作就是視圖操作！
與之對應(yīng)的概念就是副本。副本是一個數(shù)據(jù)的完整的拷貝，如果我們對副本進行修改，它不會影響到原始數(shù)據(jù)，物理內(nèi)存不在同一位置。
有關(guān)視圖與副本，在NumPy中也有著重要的應(yīng)用?？蓞⒖?a target="_blank">這里。
三、view() 和reshape() 的比較
1、對 torch.Tensor.view() 的理解
定義：
view(*shape) → Tensor
作用：類似于reshape，將tensor轉(zhuǎn)換為指定的shape，原始的data不改變。返回的tensor與原始的tensor共享存儲區(qū)。返回的tensor的size和stride必須與原始的tensor兼容。每個新的tensor的維度必須是原始維度的子空間，或滿足以下連續(xù)條件：
式1 張量連續(xù)性條件
否則需要先使用contiguous()方法將原始tensor轉(zhuǎn)換為滿足連續(xù)條件的tensor，然后就可以使用view方法進行shape變換了?；蛘咧苯邮褂胷eshape方法進行維度變換，但這種方法變換后的tensor就不是與原始tensor共享內(nèi)存了，而是被重新開辟了一個空間。
如何理解tensor是否滿足連續(xù)條件吶？下面通過一系列例子來慢慢理解下：
首先，我們初始化一個張量 a ，并查看其stride、storage等屬性：
import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3) # 初始化張量a
print('struct of a:\n', a)
print('size of a:', a.size()) # 查看a的shape
print('stride of a:', a.stride()) # 查看a的stride
''' 運行結(jié)果 '''
struct of a:
tensor([[0, 1, 2],
[3, 4, 5],
[6, 7, 8]])
size of a: torch.Size([3, 3])
stride of a: (3, 1) # 注：滿足連續(xù)性條件把上面的結(jié)果帶入式1，可以發(fā)現(xiàn)滿足tensor連續(xù)性條件。
我們再看進一步處理——對a進行轉(zhuǎn)置后的結(jié)果：
import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3) # 初始化張量a
b = a.permute(1, 0) # 對a進行轉(zhuǎn)置
print('struct of b:\n', b)
print('size of b:', b.size()) # 查看b的shape
print('stride of b:', b.stride()) # 查看b的stride
''' 運行結(jié)果 '''
struct of b:
tensor([[0, 3, 6],
[1, 4, 7],
[2, 5, 8]])
size of b: torch.Size([3, 3])
stride of b: (1, 3) # 注：此時不滿足連續(xù)性條件將a轉(zhuǎn)置后再看最后的輸出結(jié)果，帶入到式1中，是不是發(fā)現(xiàn)等式不成立了？所以此時就不滿足tensor連續(xù)的條件了。這是為什么那？我們接著往下看：
首先，輸出a和b的存儲區(qū)來看一下有沒有什么不同：
import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3) # 初始化張量a
print('ptr of storage of a: ', a.storage().data_ptr()) # 查看a的storage區(qū)的地址
print('storage of a: \n', a.storage()) # 查看a的storage區(qū)的數(shù)據(jù)存放形式
b = a.permute(1, 0) # 轉(zhuǎn)置
print('ptr of storage of b: ', b.storage().data_ptr()) # 查看b的storage區(qū)的地址
print('storage of b: \n', b.storage()) # 查看b的storage區(qū)的數(shù)據(jù)存放形式
''' 運行結(jié)果 '''
ptr of storage of a: 2767173747136
storage of a:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
[torch.LongStorage of size 9]
ptr of storage of b: 2767173747136
storage of b:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
[torch.LongStorage of size 9]由結(jié)果可以看出，張量a、b仍然共用存儲區(qū)，并且存儲區(qū)數(shù)據(jù)存放的順序沒有變化，這也充分說明了b與a共用存儲區(qū)，b只是改變了數(shù)據(jù)的索引方式。那么為什么b就不符合連續(xù)性條件了吶(T-T)？其實原因很簡單，我們結(jié)合圖3來解釋下：
圖3 對張量連續(xù)性條件的理解
轉(zhuǎn)置后的tensor只是對storage區(qū)數(shù)據(jù)索引方式的重映射，但原始的存放方式并沒有變化.因此，這時再看tensor b的stride，從b第一行的元素1到第二行的元素2，顯然在索引方式上已經(jīng)不是原來+1了，而是變成了新的+3了，你在仔細(xì)琢磨琢磨是不是這樣的(^-^)。所以這時候就不能用view來對b進行shape的改變了，不然就報錯咯，不信你看下面;
import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3) # 初始化張量a
print(a.view(9))
print('============================================')
b = a.permute(1, 0) # 轉(zhuǎn)置
print(b.view(9))
''' 運行結(jié)果 '''
tensor([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])
============================================
Traceback (most recent call last):
File "此處打碼", line 23, in <module>
print(b.view(9))
RuntimeError: view size is not compatible with input tensor's size and stride (at least one dimension spans across two contiguous subspaces). Use .reshape(...) instead.但是嘛，上有政策下有對策，這種情況下，直接用view不行，那我就先用contiguous()方法將原始tensor轉(zhuǎn)換為滿足連續(xù)條件的tensor，在使用view進行shape變換，值得注意的是，這樣的原理是contiguous()方法開辟了一個新的存儲區(qū)給b，并改變了b原始存儲區(qū)數(shù)據(jù)的存放順序！同樣的例子：
import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3) # 初始化張量a
print('storage of a:\n', a.storage()) # 查看a的stride
print('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++')
b = a.permute(1, 0).contiguous() # 轉(zhuǎn)置,并轉(zhuǎn)換為符合連續(xù)性條件的tensor
print('size of b:', b.size()) # 查看b的shape
print('stride of b:', b.stride()) # 查看b的stride
print('viewd b:\n', b.view(9)) # 對b進行view操作，并打印結(jié)果
print('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++')
print('storage of a:\n', a.storage()) # 查看a的存儲空間
print('storage of b:\n', b.storage()) # 查看b的存儲空間
print('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++')
print('ptr of a:\n', a.storage().data_ptr()) # 查看a的存儲空間地址
print('ptr of b:\n', b.storage().data_ptr()) # 查看b的存儲空間地址
''' 運行結(jié)果 '''
storage of a:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
[torch.LongStorage of size 9]
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
size of b: torch.Size([3, 3])
stride of b: (3, 1)
viewd b:
tensor([0, 3, 6, 1, 4, 7, 2, 5, 8])
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
storage of a:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
[torch.LongStorage of size 9]
storage of b:
0
3
6
1
4
7
2
5
8
[torch.LongStorage of size 9]
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
ptr of a:
1842671472000
ptr of b:
1842671472128由上述結(jié)果可以看出，張量a與b已經(jīng)是兩個存在于不同存儲區(qū)的張量了。也印證了contiguous()方法開辟了一個新的存儲區(qū)給b，并改變了b原始存儲區(qū)數(shù)據(jù)的存放順序。對應(yīng)文章開頭提到的淺拷貝，這種開辟一個新的內(nèi)存區(qū)的方式其實就是深拷貝。
2、對 torch.reshape() 的理解
定義：
torch.reshape(input, shape) → Tensor
作用：與view方法類似，將輸入tensor轉(zhuǎn)換為新的shape格式。
但是reshape方法更強大，可以認(rèn)為a.reshape = a.view() + a.contiguous().view()。
即：在滿足tensor連續(xù)性條件時，a.reshape返回的結(jié)果與a.view()相同，否則返回的結(jié)果與a.contiguous().view()相同。
不信你就看人家官方的解釋嘛，您在細(xì)細(xì)品：
關(guān)于兩者區(qū)別，還可以參考這個鏈接：
What's the difference between reshape and view in pytorch? - Stack Overflow
2021.03.30更新：最近又發(fā)現(xiàn)了pytorch官網(wǎng)對view及reshape原理的闡述，說的很清晰明了，大家可以參考下：
Tensor Views — PyTorch 1.9.0 documentation
放一張該網(wǎng)站上的截圖：
四、總結(jié)
torch的view()與reshape()方法都可以用來重塑tensor的shape，區(qū)別就是使用的條件不一樣。view()方法只適用于滿足連續(xù)性條件的tensor，并且該操作不會開辟新的內(nèi)存空間，只是產(chǎn)生了對原存儲空間的一個新別稱和引用，返回值是視圖。而reshape()方法的返回值既可以是視圖，也可以是副本，當(dāng)滿足連續(xù)性條件時返回view，否則返回副本[ 此時等價于先調(diào)用contiguous()方法在使用view() ]。因此當(dāng)不確能否使用view時，可以使用reshape。如果只是想簡單地重塑一個tensor的shape，那么就是用reshape，但是如果需要考慮內(nèi)存的開銷而且要確保重塑后的tensor與之前的tensor共享存儲空間，那就使用view()。
2020.10.23
以上是我個人看了官網(wǎng)的的解釋并實驗得到的結(jié)論，所以有沒有dalao知道為啥沒把view廢除那？是不是還有我不知道的地方
2020.11.14
為什么沒把view廢除那？最近偶然看到了些資料，又想起了這個問題，覺得有以下原因：
1、在PyTorch不同版本的更新過程中，view先于reshape方法出現(xiàn)，后來出現(xiàn)了魯棒性更好的reshape方法，但view方法并沒因此廢除。其實不止PyTorch，其他一些框架或語言比如OpenCV也有類似的操作。
2、view的存在可以顯示地表示對這個tensor的操作只能是視圖操作而非拷貝操作。這對于代碼的可讀性以及后續(xù)可能的bug的查找比較友好。
總之，我們沒必要糾結(jié)為啥a能干的b也能干，b還能做a不能干的，a存在還有啥意義的問題。就相當(dāng)于馬云能日賺1個億而我不能，那我存在的意義是啥。。。存在不就是意義嗎？存在即合理，最重要的是我們使用不同的方法可以不同程度上提升效率，何樂而不為？
到此這篇關(guān)于PyTorch中view() 與 reshape()區(qū)別的文章就介紹到這了,更多相關(guān)PyTorch view() 與 reshape() 區(qū)別內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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