在機器學習中,張量(tensor)是一種基本資料結構,它充當多維數組,用於表示和操作複雜資料,張量將標量、向量和矩陣的概念推廣到更高維度,使其成為深度學習和人工智慧等各種應用的關鍵要素。
張量可以被視為一個用於儲存多維資料的容器。例如:
1) 標量(0維張量)是一個單獨的數字。
2)向量(1維張量)是一個一維數字數組。
3)矩陣(2維張量)是一個二維數組。
4)更高維度的張量(3維、4維等)可以表示更複雜的結構,例如影像或影片。
張量由其秩(維度數)和形狀(每個維度的大小)來表徵。例如,彩色影像可以表示為一個三維張量,其維度對應於高度、寬度和顏色通道(RGB)。影片可以表示為一個四維張量,增加了時間維度。
張量跟向量和矩陣類似,張量支援各種數學運算,包括加法、乘法以及更複雜的運算,例如卷積,卷積在深度學習的特徵提取中至關重要。
在機器學習中,張量是 TensorFlow 和 PyTorch 等機器學習框架不可或缺的一部分,這些框架旨在有效地處理張量運算,利用 GPU 的平行運算能力對張量進行運算,從而顯著加速機器學習模型的訓練和推理過程。
張量的應用:
1) 彩色影像:可以表示為一個三維張量,其中每個像素的顏色由三個值定義。如一張 256x256 像素的影像可以表示為形狀為 (256, 256, 3) 的張量。
2)影片:可以表示為一個四維張量,其維度可能對應於幀數、高度、寬度和顏色通道數。例如,一個包含 30 幀、每幀 256x256 像素的影片可以表示為形狀為 (30, 256, 256, 3) 的張量。
總之,張量是機器學習中一種用途廣泛且功能強大的資料結構,能夠以結構化的方式表示複雜資料,它們能夠泛化到多維空間,這使得它們對於現代機器學習應用(尤其是在深度學習中)至關重要,因為它們可以有效地處理高維度資料。