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  • 张量基础

    最近在看汤晓欧 陈玉琨老师主编的《人工智能基础》(高中版) 这是一本入门好书,写得非常简单,适合我。

    看到张量(tensor)这个概念的时候没太理解,在群里提问的时候,群里大神给予了耐心且详细的讲解,现整理一下。

    零阶张量:普通的一个数,也就是我们说的标量(scalar),就是零阶张量,对应到c语言,就是一个变量。

    一阶张量:数学里的向量是一阶张量,也就是c语言里的一维数组。

    二阶张量:数学里的矩阵,是二阶张量,也就是c语言中的二维数组。

    三阶张量:就是对应到C语言中的三维数组。

    例子1:
    彩色图片有三个维度,长,宽,颜色,这三个东西构成了一个三阶张量。这里的颜色与RGB无关,只是单纯的表示颜色。

    例子2:
    再举个三阶张量的例子,下图三片矩阵组成在一起就是一个三阶张量。
    具体形象化,就是如下形式:

    图中,矩阵的片数,也就是三阶张量的高度,也称为通道(channel)数。

    图中是按照RGB三阶张量,每个通道的长和宽就是显示器的分辨率。

    但是,三阶张量也不一定只有如上图所示的3片矩阵组成,也可能是4片矩阵或者5片矩阵,甚至更多片矩阵组成。也就是说,三阶张量的通道数
    未必一定是3,也可能是4,5,... 甚至更多。只不过图中是表示彩色图像的三阶张量,只有RGB三个通道。矩阵可以看作是高度为1的三阶张量,即矩阵也就是通道为1的三阶张量
    因此,灰度(黑白)图像只有一个通道。

    例子4:
    用现实生活中的例子,长宽高构成了一个三维的物体,高就是第三个维度。一个长方体是由无数个二维的平面构成的。并不是只有三张平面构成。

    四阶张量: C语言中的四维数组。
    因为大家生活在三维表示的空间里,所以不太好具体形象描述三维以上的空间。但是电影《星际穿越》的结尾(我记得开头好像也有)有一段很形象的描述了四维空间是什么样。
    有空要回去再看一看这部电影。就像有别的空间可能是真实存在的,比如也许天堂真的存在在第四个维度里,地狱在第i个维度里...(这里只是举了个例子)

    ...

    N阶张量: 就是C语言中的N维数组。

    最后,看我太笨了,大神的网友又举了一个很形象例子:

    一张图片是三阶的,长,宽,颜色
    一百张猫的图片是四阶的,长,宽,颜色,图片编号
    不同物种的图片各100张是五阶的,长,宽,颜色,编号,物种

    猫,1号图,长,宽,颜色
    狗,20号图,长,宽,颜色
    猪,1号图,长,宽,颜色

    这里的猫,狗,猪就是物种。

    张量运算

    卷积(convolution)

    进行两个向量的卷积时(图3-6),我们只需要沿着一个方向进行滑动;而进行两个矩阵的卷积时(图3-8),我们需要沿着横向和纵向两个方向进行滑动。

    进行两个3阶张量做卷积时,这里假设3阶张量的通道大于1,也就是,3阶张量的高度不为1。则运算过程中,除了像两个矩阵那样,沿着横向和纵向移动,
    还要沿着垂直于横纵两个方向进行移动。即,除了沿着矩阵的长和宽的方向移动,还要沿着高度进行移动。

    参考:

    《人工智能基础》(高中版) 汤晓鸥 陈玉琨 主编

    某机器学习入门群 xx网友
    http://www.maixj.net/misc/tensor-16661

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