TensorFlow2.0（4）：填充与复制

1 tf.pad()

      tf.pad()函数主要是用来对tensor的大小进行扩展，包括水平、垂直、深度（通道）等，方法定义如下：

      pad(tensor,paddings,mode="CONSTANT",name=None,constant_values=0)

输入参数：

      tensor：输入的tensor

      paddings：设置填充的大小

      mode：填充方式，默认是CONSTANT，还有REFLECT和SYMMETRIC

      name：名称

      constant_values：CONSTANT填充方式的填充值，默认为0

      参数paddings必须是形状为（n,2）的一个list，这里的n是tensor的秩，也就是维度大小。例如当tensor为一个shape为（12，）的tensor时，paddings必须是形如[x,y]的一个list，x表示在第一维度前填充值的个数，y表示在第一维度后填充值的个数。

import tensorflow as tf
a = tf.range(1,13)
a

<tf.Tensor: id=3, shape=(12,), dtype=int32, numpy=array([ 1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12], dtype=int32)>

tf.pad(a,[[3,0]])     # 3表示在第一维度前填充3个0，0表示不填充

<tf.Tensor: id=5, shape=(15,), dtype=int32, numpy=
array([ 0,  0,  0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12],
      dtype=int32)>

      当tensor是二维时，paddings必须是shape为（2，2）的list。

a = tf.reshape(a,[3,4])
a

<tf.Tensor: id=9, shape=(3, 4), dtype=int32, numpy=
array([[ 1,  2,  3,  4],
       [ 5,  6,  7,  8],
       [ 9, 10, 11, 12]], dtype=int32)>

tf.pad(a,[[1,1],[3,0]],constant_values=3)  # 在第一维度前后各填充一行，第二维度前填充两行，后不填充，填充值为3

<tf.Tensor: id=12, shape=(5, 7), dtype=int32, numpy=
array([[ 3,  3,  3,  3,  3,  3,  3],
       [ 3,  3,  3,  1,  2,  3,  4],
       [ 3,  3,  3,  5,  6,  7,  8],
       [ 3,  3,  3,  9, 10, 11, 12],
       [ 3,  3,  3,  3,  3,  3,  3]], dtype=int32)>

      对于3维tensor，paddings是一个shape为（3，2）的list。

a = tf.reshape(a,[2,2,3])
a

<tf.Tensor: id=14, shape=(2, 2, 3), dtype=int32, numpy=
array([[[ 1,  2,  3],
        [ 4,  5,  6]],

       [[ 7,  8,  9],
        [10, 11, 12]]], dtype=int32)> 

tf.pad(a,[[1,0],[1,1],[1,0]])  # 第一维度前填充1块数据，后不填充，第二维度前后各填充1行，第三维度前填充一列，后不填充

<tf.Tensor: id=16, shape=(3, 4, 4), dtype=int32, numpy=
array([[[ 0,  0,  0,  0],
        [ 0,  0,  0,  0],
        [ 0,  0,  0,  0],
        [ 0,  0,  0,  0]],

       [[ 0,  0,  0,  0],
        [ 0,  1,  2,  3],
        [ 0,  4,  5,  6],
        [ 0,  0,  0,  0]],

       [[ 0,  0,  0,  0],
        [ 0,  7,  8,  9],
        [ 0, 10, 11, 12],
        [ 0,  0,  0,  0]]], dtype=int32)>

a = tf.range(1,13)
a = tf.reshape(a,[3,4])
a

<tf.Tensor: id=22, shape=(3, 4), dtype=int32, numpy=
array([[ 1,  2,  3,  4],
       [ 5,  6,  7,  8],
       [ 9, 10, 11, 12]], dtype=int32)>

      当指定填充模式mode为'REFLECT'时，指的是以各维度边缘为对称轴进行填充（不包括边缘数据，也就是对称轴本身），且填充的规模不能大于该维度原有规模-1。

tf.pad(a,[[2,1],[3,1]],mode='REFLECT')  # 对第二维度填充时，如果大于3就会产生异常，因为3已经可以把第二维度所有数据复制一遍

<tf.Tensor: id=24, shape=(6, 8), dtype=int32, numpy=
array([[12, 11, 10,  9, 10, 11, 12, 11],
       [ 8,  7,  6,  5,  6,  7,  8,  7],
       [ 4,  3,  2,  1,  2,  3,  4,  3],
       [ 8,  7,  6,  5,  6,  7,  8,  7],
       [12, 11, 10,  9, 10, 11, 12, 11],
       [ 8,  7,  6,  5,  6,  7,  8,  7]], dtype=int32)>

      SYMMETRIC填充模式与REFLECT填充模式一样，都是以边缘为对称轴进行赋值填充，不过SYMMETRIC模式会对对称轴进行赋值，所以指定的规模最大可以为原规模。

tf.pad(a,[[2,1],[4,1]],mode='SYMMETRIC')  # 这时候对第二维度填充规模可以为4，但是超过4就会产生异常

<tf.Tensor: id=26, shape=(6, 9), dtype=int32, numpy=
array([[ 8,  7,  6,  5,  5,  6,  7,  8,  8],
       [ 4,  3,  2,  1,  1,  2,  3,  4,  4],
       [ 4,  3,  2,  1,  1,  2,  3,  4,  4],
       [ 8,  7,  6,  5,  5,  6,  7,  8,  8],
       [12, 11, 10,  9,  9, 10, 11, 12, 12],
       [12, 11, 10,  9,  9, 10, 11, 12, 12]], dtype=int32)>

2 tile()

      tile()方法对指定维度进行复制，定义如下：

      tile(input,multiples,name=None):

      input：需要复制的tensor

      multiples：各维度需要复制的次数，0表示去除数据，1表示不复制，2表示复制一次

      参数multiples是一个长度与tensor的秩相等的list，例如当tensor的shape为（12，）时，multiples的shape也必须为只有一个元素的list，例如multiples=[2]，表示对第一维度复制一次。

a = tf.range(12)
tf.tile(a,[2])

<tf.Tensor: id=38, shape=(24,), dtype=int32, numpy=
array([ 0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11,  0,  1,  2,  3,  4,
        5,  6,  7,  8,  9, 10, 11], dtype=int32)>

      当tensor的shape为（3，4）时，multiples是一个包含两个元素的list。

a = tf.reshape(a,[3,4])
tf.tile(a,[2,3])     # 第一维度复制1次，第二维度复制2次

<tf.Tensor: id=42, shape=(6, 12), dtype=int32, numpy=
array([[ 0,  1,  2,  3,  0,  1,  2,  3,  0,  1,  2,  3],
       [ 4,  5,  6,  7,  4,  5,  6,  7,  4,  5,  6,  7],
       [ 8,  9, 10, 11,  8,  9, 10, 11,  8,  9, 10, 11],
       [ 0,  1,  2,  3,  0,  1,  2,  3,  0,  1,  2,  3],
       [ 4,  5,  6,  7,  4,  5,  6,  7,  4,  5,  6,  7],
       [ 8,  9, 10, 11,  8,  9, 10, 11,  8,  9, 10, 11]], dtype=int32)>

      当tensor的shape为（2，2，3）时，multiples是一个包含3个元素的list。

a = tf.reshape(a,[2,2,3])
tf.tile(a,[2,1,2])

<tf.Tensor: id=48, shape=(4, 2, 6), dtype=int32, numpy=
array([[[ 0,  1,  2,  0,  1,  2],
        [ 3,  4,  5,  3,  4,  5]],

       [[ 6,  7,  8,  6,  7,  8],
        [ 9, 10, 11,  9, 10, 11]],

       [[ 0,  1,  2,  0,  1,  2],
        [ 3,  4,  5,  3,  4,  5]],

       [[ 6,  7,  8,  6,  7,  8],
        [ 9, 10, 11,  9, 10, 11]]], dtype=int32)>