PyTorch中view()与 reshape()的区别详析

前言

总之，两者都是用来重塑tensor的shape的。view只适合对满足连续性条件（contiguous）的tensor进行操作，而reshape同时还可以对不满足连续性条件的tensor进行操作，具有更好的鲁棒性。view能干的reshape都能干，如果view不能干就可以用reshape来处理。别看目录挺多，但内容很细呀~其实原理并不难啦~我们开始吧~

一、PyTorch中tensor的存储方式

想要深入理解view与reshape的区别，首先要理解一些有关PyTorch张量存储的底层原理，比如tensor的头信息区（Tensor）和存储区 （Storage）以及tensor的步长Stride。不用慌，这部分的原理其实很简单的(^-^)!

1、PyTorch张量存储的底层原理

tensor数据采用头信息区（Tensor）和存储区 （Storage）分开存储的形式，如图1所示。变量名以及其存储的数据是分为两个区域分别存储的。比如，我们定义并初始化一个tensor，tensor名为A，A的形状size、步长stride、数据的索引等信息都存储在头信息区，而A所存储的真实数据则存储在存储区。另外，如果我们对A进行截取、转置或修改等操作后赋值给B，则B的数据共享A的存储区，存储区的数据数量没变，变化的只是B的头信息区对数据的索引方式。如果听说过浅拷贝和深拷贝的话，很容易明白这种方式其实就是浅拷贝。

图1 Torch中Tensor的存储结构

举个例子：

import torch
a = torch.arange(5)  # 初始化张量 a 为 [0, 1, 2, 3, 4]
b = a[2:]            # 截取张量a的部分值并赋值给b，b其实只是改变了a对数据的索引方式
print('a:', a)
print('b:', b)
print('ptr of storage of a:', a.storage().data_ptr())  # 打印a的存储区地址
print('ptr of storage of b:', b.storage().data_ptr())  # 打印b的存储区地址,可以发现两者是共用存储区

print('==================================================================')

b[1] = 0    # 修改b中索引为1，即a中索引为3的数据为0
print('a:', a)
print('b:', b)
print('ptr of storage of a:', a.storage().data_ptr())  # 打印a的存储区地址,可以发现a的相应位置的值也跟着改变，说明两者是共用存储区
print('ptr of storage of b:', b.storage().data_ptr())  # 打印b的存储区地址

'''   运行结果   '''
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: 2862826251264

2、PyTorch张量的步长（stride）属性

torch的tensor也是有步长属性的，说起stride属性是不是很耳熟？是的，卷积神经网络中卷积核对特征图的卷积操作也是有stride属性的，但这两个stride可完全不是一个意思哦。tensor的步长可以理解为从索引中的一个维度跨到下一个维度中间的跨度。为方便理解，就直接用图1说明了，您细细品(^-^)：

图2 对张量的stride属性的理解

举个例子：

import torch
a = torch.arange(6).reshape(2, 3)  # 初始化张量 a
b = torch.arange(6).view(3, 2)     # 初始化张量 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

'''   运行结果   '''
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、对“视图(view)”字眼的理解

视图是数据的一个别称或引用，通过该别称或引用亦便可访问、操作原有数据，但原有数据不会产生拷贝。如果我们对视图进行修改，它会影响到原始数据，物理内存在同一位置，这样避免了重新创建张量的高内存开销。由上面介绍的PyTorch的张量存储方式可以理解为：对张量的大部分操作就是视图操作！

与之对应的概念就是副本。副本是一个数据的完整的拷贝，如果我们对副本进行修改，它不会影响到原始数据，物理内存不在同一位置。

有关视图与副本，在NumPy中也有着重要的应用。可参考这里。

三、view() 和reshape() 的比较

1、对 torch.Tensor.view() 的理解

定义：

view(*shape) → Tensor

作用：类似于reshape，将tensor转换为指定的shape，原始的data不改变。返回的tensor与原始的tensor共享存储区。返回的tensor的size和stride必须与原始的tensor兼容。每个新的tensor的维度必须是原始维度的子空间，或满足以下连续条件：

式1 张量连续性条件

否则需要先使用contiguous()方法将原始tensor转换为满足连续条件的tensor，然后就可以使用view方法进行shape变换了。或者直接使用reshape方法进行维度变换，但这种方法变换后的tensor就不是与原始tensor共享内存了，而是被重新开辟了一个空间。

如何理解tensor是否满足连续条件呐？下面通过一系列例子来慢慢理解下：

首先，我们初始化一个张量 a ，并查看其stride、storage等属性：

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)  # 初始化张量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

'''   运行结果   '''
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：满足连续性条件

把上面的结果带入式1，可以发现满足tensor连续性条件。

我们再看进一步处理——对a进行转置后的结果：

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)     # 初始化张量a
b = a.permute(1, 0)  # 对a进行转置
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

'''   运行结果   '''
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：此时不满足连续性条件

 将a转置后再看最后的输出结果，带入到式1中，是不是发现等式不成立了？所以此时就不满足tensor连续的条件了。这是为什么那？我们接着往下看：

首先，输出a和b的存储区来看一下有没有什么不同：

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)             # 初始化张量a
print('ptr of storage of a: ', a.storage().data_ptr())  # 查看a的storage区的地址
print('storage of a: \n', a.storage())        # 查看a的storage区的数据存放形式
b = a.permute(1, 0)                           # 转置
print('ptr of storage of b: ', b.storage().data_ptr())  # 查看b的storage区的地址
print('storage of b: \n', b.storage())        # 查看b的storage区的数据存放形式

'''   运行结果   '''
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]

 由结果可以看出，张量a、b仍然共用存储区，并且存储区数据存放的顺序没有变化，这也充分说明了b与a共用存储区，b只是改变了数据的索引方式。那么为什么b就不符合连续性条件了呐(T-T)？其实原因很简单，我们结合图3来解释下：

图3 对张量连续性条件的理解

转置后的tensor只是对storage区数据索引方式的重映射，但原始的存放方式并没有变化.因此，这时再看tensor b的stride，从b第一行的元素1到第二行的元素2，显然在索引方式上已经不是原来+1了，而是变成了新的+3了，你在仔细琢磨琢磨是不是这样的(^-^)。所以这时候就不能用view来对b进行shape的改变了，不然就报错咯，不信你看下面;

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)             # 初始化张量a
print(a.view(9))
print('============================================')
b = a.permute(1, 0)  # 转置
print(b.view(9))

'''   运行结果   '''
tensor([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])
============================================
Traceback (most recent call last):
 File "此处打码", 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，上有政策下有对策，这种情况下，直接用view不行，那我就先用contiguous()方法将原始tensor转换为满足连续条件的tensor，在使用view进行shape变换，值得注意的是，这样的原理是contiguous()方法开辟了一个新的存储区给b，并改变了b原始存储区数据的存放顺序！同样的例子：

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)      # 初始化张量a
print('storage of a:\n', a.storage())  # 查看a的stride
print('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++')
b = a.permute(1, 0).contiguous()       # 转置,并转换为符合连续性条件的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))    # 对b进行view操作，并打印结果
print('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++')
print('storage of a:\n', a.storage())  # 查看a的存储空间
print('storage of b:\n', b.storage())  # 查看b的存储空间
print('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++')
print('ptr of a:\n', a.storage().data_ptr())  # 查看a的存储空间地址
print('ptr of b:\n', b.storage().data_ptr())  # 查看b的存储空间地址

'''   运行结果   '''
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

由上述结果可以看出，张量a与b已经是两个存在于不同存储区的张量了。也印证了contiguous()方法开辟了一个新的存储区给b，并改变了b原始存储区数据的存放顺序。对应文章开头提到的浅拷贝，这种开辟一个新的内存区的方式其实就是深拷贝。

2、对 torch.reshape() 的理解

定义：

torch.reshape(input, shape) → Tensor

作用：与view方法类似，将输入tensor转换为新的shape格式。

但是reshape方法更强大，可以认为a.reshape = a.view() + a.contiguous().view()。

即：在满足tensor连续性条件时，a.reshape返回的结果与a.view()相同，否则返回的结果与a.contiguous().view()相同。

不信你就看人家官方的解释嘛，您在细细品：

关于两者区别，还可以参考这个链接：

What's the difference between reshape and view in pytorch? - Stack Overflow

2021.03.30更新：最近又发现了pytorch官网对view及reshape原理的阐述，说的很清晰明了，大家可以参考下：

Tensor Views &mdash; PyTorch 1.9.0 documentation

放一张该网站上的截图：

四、总结

torch的view()与reshape()方法都可以用来重塑tensor的shape，区别就是使用的条件不一样。view()方法只适用于满足连续性条件的tensor，并且该操作不会开辟新的内存空间，只是产生了对原存储空间的一个新别称和引用，返回值是视图。而reshape()方法的返回值既可以是视图，也可以是副本，当满足连续性条件时返回view，否则返回副本[ 此时等价于先调用contiguous()方法在使用view() ]。因此当不确能否使用view时，可以使用reshape。如果只是想简单地重塑一个tensor的shape，那么就是用reshape，但是如果需要考虑内存的开销而且要确保重塑后的tensor与之前的tensor共享存储空间，那就使用view()。

2020.10.23

以上是我个人看了官网的的解释并实验得到的结论，所以有没有dalao知道为啥没把view废除那？是不是还有我不知道的地方

2020.11.14

为什么没把view废除那？最近偶然看到了些资料，又想起了这个问题，觉得有以下原因：

1、在PyTorch不同版本的更新过程中，view先于reshape方法出现，后来出现了鲁棒性更好的reshape方法，但view方法并没因此废除。其实不止PyTorch，其他一些框架或语言比如OpenCV也有类似的操作。

2、view的存在可以显示地表示对这个tensor的操作只能是视图操作而非拷贝操作。这对于代码的可读性以及后续可能的bug的查找比较友好。

总之，我们没必要纠结为啥a能干的b也能干，b还能做a不能干的，a存在还有啥意义的问题。就相当于马云能日赚1个亿而我不能，那我存在的意义是啥。。。存在不就是意义吗？存在即合理，最重要的是我们使用不同的方法可以不同程度上提升效率，何乐而不为？

来源：https://blog.csdn.net/Flag_ing/article/details/109129752