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W、h和diff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A
和B
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None
或np.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。