以下是numpy中以下操作的含义?

我在研究一段numpy代码时,发现有一行完全看不懂:

W[:, :, None] * h[None, :, :] * diff[:, None, :]

其中Whdiff分别是784×20、20×100和784×100的矩阵。乘法结果是一个784x20x100的数组,但我完全不明白这个计算的实际作用以及结果的含义是什么。

值得一提的是,这行代码来自于与机器学习相关的代码,W对应神经网络层中的权重数组,h是层的激活值,而diff是网络目标与假设之间的差异(来自Sida Wang的关于变换自编码器的论文)。


回答:

对于NumPy数组,*表示逐元素乘法。为了使这种操作生效,两个数组必须满足以下条件之一:

  • 形状相同
  • 一个数组可以广播到另一个数组

如果两个数组的尾部维度配对时,每对中的长度相等或其中一个长度为1,则一个数组可以广播到另一个数组。

例如,以下数组AB的形状适合广播:

A.shape == (20, 1, 3)B.shape ==     (4, 3)

3等于3,然后A的下一个长度是1,可以与任何长度配对。B的维度少于A并不重要。)

为了使两个不兼容的数组能够相互广播,可以在一个或两个数组中插入额外的维度。使用Nonenp.newaxis索引一个维度,可以在数组中插入一个长度为1的额外维度。


让我们来看一下问题中的例子。Python对重复乘法是从左到右进行评估的:

  • W[:, :, None]的形状为(784, 20, 1)
  • h[None, :, :]的形状为( 1, 20, 100)

根据上述解释,这些形状是可以广播的,乘法返回一个形状为(784, 20, 100)的数组。

  • 最后一次乘法后的数组形状为(784, 20, 100)
  • diff[:, None, :]的形状为(784, 1, 100)

这两个数组的形状是兼容的,因此第二次乘法成功。返回一个形状为(784, 20, 100)的数组。

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