聊聊Pytorch torch.cat与torch.stack的区别

torch.cat()函数可以将多个张量拼接成一个张量。torch.cat()有两个参数，第一个是要拼接的张量的列表或是元组；第二个参数是拼接的维度。

torch.cat()的示例如下图1所示

图1 torch.cat()

torch.stack()函数同样有张量列表和维度两个参数。stack与cat的区别在于，torch.stack()函数要求输入张量的大小完全相同，得到的张量的维度会比输入的张量的大小多1，并且多出的那个维度就是拼接的维度，那个维度的大小就是输入张量的个数。

torch.stack()的示例如下图2所示：

图2 torch.stack()

补充：torch.stack()的官方解释，详解以及例子

可以直接看最下面的【3.例子】，再回头看前面的解释

在pytorch中，常见的拼接函数主要是两个，分别是：

1、stack()

2、cat()

实际使用中，这两个函数互相辅助：关于cat()参考torch.cat()，但是本文主要说stack()。

函数的意义：使用stack可以保留两个信息：[1. 序列] 和 [2. 张量矩阵] 信息，属于【扩张再拼接】的函数。

形象的理解：假如数据都是二维矩阵(平面)，它可以把这些一个个平面(矩阵)按第三维(例如：时间序列)压成一个三维的立方体，而立方体的长度就是时间序列长度。

该函数常出现在自然语言处理（NLP）和图像卷积神经网络(CV)中。

1. stack()

官方解释：沿着一个新维度对输入张量序列进行连接。 序列中所有的张量都应该为相同形状。

浅显说法：把多个2维的张量凑成一个3维的张量；多个3维的凑成一个4维的张量…以此类推，也就是在增加新的维度进行堆叠。

outputs = torch.stack(inputs, dim=?) → Tensor

参数

inputs : 待连接的张量序列。

注：python的序列数据只有list和tuple。

dim : 新的维度， 必须在0到len(outputs)之间。

注：len(outputs)是生成数据的维度大小，也就是outputs的维度值。

2. 重点

函数中的输入inputs只允许是序列；且序列内部的张量元素，必须shape相等

----举例：[tensor_1, tensor_2,..]或者(tensor_1, tensor_2,..)，且必须tensor_1.shape == tensor_2.shape

dim是选择生成的维度，必须满足0<=dim

不懂的看例子，再回过头看就懂了。

3. 例子

1.准备2个tensor数据，每个的shape都是[3,3]

# 假设是时间步T1的输出
T1 = torch.tensor([[1, 2, 3],
          [4, 5, 6],
          [7, 8, 9]])
# 假设是时间步T2的输出
T2 = torch.tensor([[10, 20, 30],
          [40, 50, 60],
          [70, 80, 90]])

2.测试stack函数

print(torch.stack((T1,T2),dim=0).shape)
print(torch.stack((T1,T2),dim=1).shape)
print(torch.stack((T1,T2),dim=2).shape)
print(torch.stack((T1,T2),dim=3).shape)
# outputs:
torch.Size([2, 3, 3])
torch.Size([3, 2, 3])
torch.Size([3, 3, 2])
'选择的dim>len(outputs)，所以报错'
IndexError: Dimension out of range (expected to be in range of [-3, 2], but got 3)

可以复制代码运行试试：拼接后的tensor形状，会根据不同的dim发生变化。

4. 总结

1、函数作用：

函数stack()对序列数据内部的张量进行扩维拼接，指定维度由程序员选择、大小是生成后数据的维度区间。

2、存在意义：

在自然语言处理和卷及神经网络中， 通常为了保留–[序列(先后)信息] 和 [张量的矩阵信息] 才会使用stack。

函数存在意义？》》》

手写过RNN的同学，知道在循环神经网络中输出数据是：一个list，该列表插入了seq_len个形状是[batch_size, output_size]的tensor，不利于计算，需要使用stack进行拼接，保留–[1.seq_len这个时间步]和–[2.张量属性[batch_size, output_size]]。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。