tf.gather()、tf.gather_nd()、tf.batch_gather()、tf.where()和tf.slice()

1.tf.gather

tf.gather(params, indices, validate_indices=None, name=None, axis=0)　　

功能：根据提供的indices在axis这个轴上对params进行索引，拼接成一个新的张量。

参数：

1. params：需要被索引的张量
2. indices：必须为整数类型，如int32,int64等，注意检查不要越界了，因为如果越界了，如果使用的CPU，则会报错，如果在GPU上进行操作的，那么相应的输出值将会被置为0，而不会报错，因此认真检查是否越界。
3. name：返回张量名称

返回维度: params.shape[:axis] + indices.shape + params.shape[axis + 1:]

举例：

import tensorflow as tf
temp4=tf.reshape(tf.range(0,20)+tf.constant(1,shape=[20]),[2,2,5])

temp4:
[[[ 1 2 3 4 5]
[ 6 7 8 9 10]]
 
[[11 12 13 14 15]
[16 17 18 19 20]]]

（1）当indices是向量时，输出的形状和输入形状相同，不改变

temp5=tf.gather(temp4,[0,1],axis=0) #indices是向量

temp5：
[[[ 1 2 3 4 5]
[ 6 7 8 9 10]]
 
[[11 12 13 14 15]
[16 17 18 19 20]]]

temp7=tf.gather(temp4,[1,4],axis=2)
# (2,2,5)[:2]+(2,)+(2,2,5)[3:]=(2,2,2)

temp7:
[[[ 2 5]
[ 7 10]]
 
[[12 15]
[17 20]]]

（2）当indices是数值时，输出的形状比输入的形状少一维

temp6=tf.gather(temp4,1,axis=1) #indices是数值
# (2,2,5)[:1]+()+(2,2,5)[2:]=(2,5)

temp：
[[ 6 7 8 9 10]
[16 17 18 19 20]]

（3）当indices是多维时

temp8=tf.gather(temp4,[[0,1],[3,4]],axis=2) #indices是多维的
# (2,2,5)[:2]+(2,2)+(2,2,5)[3:]=(2,2,2,2)
temp8：

[[[[ 1 2]
[ 4 5]]
 
[[ 6 7]
[ 9 10]]]
 
[[[11 12]
[14 15]]
 
[[16 17]
[19 20]]]]

bert源码:

flat_input_ids = tf.reshape(input_ids, [-1]) #【batch_size*seq_length*input_num】
if use_one_hot_embeddings:
  one_hot_input_ids = tf.one_hot(flat_input_ids, depth=vocab_size)
  output = tf.matmul(one_hot_input_ids, embedding_table)
else:
  output = tf.gather(embedding_table, flat_input_ids)

2.tf.gather_nd

tf.gather_nd(
　　params,
　　indices,
　　name=None,
　　batch_dims=0)

功能：类似于tf.gather，不过后者只能在一个维度上进行索引，而前者可以在多个维度上进行索引，

参数：

1. params：待索引输入张量
2. indices：索引，int32,int64，indices将切片定义为params的前N个维度，其中N = indices.shape [-1]
   1. 通常要求indices.shape[-1] <= params.rank(可以用np.ndim(params)查看)
   2. 如果等号成立是在索引具体元素
   3. 如果等号不成立是在沿params的indices.shape[-1]轴进行切片
3. name=None：操作的名称（可选）

返回维度: indices.shape[:-1] + params.shape[indices.shape[-1]:]，前面的indices.shape[:-1]代表索引后的指定形状

举例：

indices = [[0, 0], [1, 1]]
params = [['a', 'b'], ['c', 'd']]
# (2,2)[:-1]+(2,2)[(2,2)[-1]:]=(2,)
output = ['a', 'd']
表示将params对应第一行第一列的'a'和第二行第二列的'd'取出来

indices = [[1], [0]]
params = [['a', 'b'], ['c', 'd']]
# (2,1)[:-1]+(2,2)[(2,1)[-1]:]=(2,)+(2,)=(2,2)
output = [['c', 'd'], ['a', 'b']]
表示将params对应第二行和第一行取出来　

'''
功能：T是一个二维tensor，我们想要根据另外一个二维tensor value的最后一维最大元素的下标选出tensor T中
最后一维最大的元素，组成一个新的一维的tensor，那么就可以首先选出最后一维度的下标[1,2,3]，
然后将其扩展成[[0,1],[1,2],[2,3]]，然后使用这个函数选择即可。
'''
import tensorflow as tf
sess = tf.InteractiveSession()
values = tf.constant([[0, 0, 0, 1],
                      [0, 1, 0, 0],
                      [0, 0, 1, 0]])
T = tf.constant([[0,1,2,3],
                 [4,5,6,7],
                 [8,9,10,11]])

max_indices = tf.argmax(values, axis=1) # 行
print('max_indices',max_indices.eval()) # [3 1 2]
# If T.get_shape()[0] is None, you can replace it with tf.shape(T)[0].
print(tf.stack((tf.range(T.get_shape()[0],dtype=max_indices.dtype),max_indices),axis=1).eval())
print(tf.range(T.get_shape()[0]).eval())
result = tf.gather_nd(T, tf.stack((tf.range(T.get_shape()[0],
                                   dtype=max_indices.dtype),
                                   max_indices),
                                   axis=1))
print(result.eval())

3.tf.batch_gather

作用：支持对张量的批量索引.注意因为是批处理，所以indices要有和params相同的第0个维度。

import tensorflow as tf
tensor_a = tf.Variable([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
tensor_b = tf.Variable([[0],[1],[2]],dtype=tf.int32)
tensor_c = tf.Variable([[0],[0],[0]],dtype=tf.int32)
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    print('gather')
    print(sess.run(tf.gather(tensor_a,tensor_b)))
    print(sess.run(tf.gather(tensor_a,tensor_c)))
    print('gather_nd')
    print(sess.run(tf.gather_nd(tensor_a, tensor_b)))
    print(sess.run(tf.gather_nd(tensor_a, tensor_c)))
    print('batch_gather')
    print(sess.run(tf.batch_gather(tensor_a, tensor_b)))
    print(sess.run(tf.batch_gather(tensor_a, tensor_c)))

4.tf.where

tf.where(condition, x=None, y=None, name=None)

作用: 返回condition为True的元素坐标(x=y=None)

1. condition：布尔型张量，True/False
2. x：与y具有相同类型的张量，可以使用条件和y进行广播。
3. y：与x具有相同类型的张量，可以在条件和x的条件下进行广播。
4. name：操作名称（可选）

返回维度: (num_true, dim_size(condition))，其中dim_size为condition的维度。

（1）tf.where(condition）

1. condition是bool型值，True/False
2. 返回值，是condition中元素为True对应的索引

import tensorflow as tf
a = [[1,2,3],[4,5,6]]
b = [[1,0,3],[1,5,1]]
condition1 = [[True,False,False],
             [False,True,True]]
condition2 = [[True,False,False],
             [False,True,False]]
with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(tf.where(condition1)))
    print(sess.run(tf.where(condition2)))

（2）tf.where(condition, x=None, y=None, name=None)

1. condition， x, y 相同维度，condition是bool型值，True/False
2. 返回值是对应元素，condition中元素为True的元素替换为x中的元素，为False的元素替换为y中对应元素
3. x只负责对应替换True的元素，y只负责对应替换False的元素，x，y各有分工
4. 由于是替换，返回值的维度，和condition，x ， y都是相等的。

import tensorflow as tf
x = [[1,2,3],[4,5,6]]
y = [[7,8,9],[10,11,12]]
condition3 = [[True,False,False],
             [False,True,True]]
condition4 = [[True,False,False],
             [True,True,False]]
with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(tf.where(condition3,x,y)))
    print(sess.run(tf.where(condition4,x,y)))

5.tf.slice()

tf.slice(inputs, begin, size, name)

作用：用来进行切片操作，实现在python中的a[:,2:3,5:6]类似的操作，从列表、数组、张量等对象中抽取一部分数据

1. begin和size是两个多维列表，他们共同决定了要抽取的数据的开始和结束位置
2. begin表示从inputs的哪几个维度上的哪个元素开始抽取 
3. size表示在inputs的各个维度上抽取的元素个数
4. 若begin[]或size[]中出现-1,表示抽取对应维度上的所有元素

import tensorflow as tf
t = tf.constant([[[1, 1, 1], [2, 2, 2]],
                 [[3, 3, 3], [4, 4, 4]],
                 [[5, 5, 5], [6, 6, 6]]])
tf.slice(t, [1, 0, 0], [1, 1, 3])  # [[[3, 3, 3]]]
tf.slice(t, [1, 0, 0], [1, 2, 3])  # [[[3, 3, 3],
#   [4, 4, 4]]]
tf.slice(t, [1, 0, 0], [2, 1, 3])  # [[[3, 3, 3]],
#  [[5, 5, 5]]]

bert源码：

# 这里position embedding是可学习的参数，[max_position_embeddings, width]
# 但是通常实际输入序列没有达到max_position_embeddings
# 所以为了提高训练速度，使用tf.slice取出句子长度的embedding
# full_position_embeddings：[max_position_embeddings, width]
position_embeddings = tf.slice(full_position_embeddings, [0, 0],[seq_length, -1])

参考文献：

【1】tf.gather, tf.gather_nd和tf.slice_机器学习杂货铺1号店-CSDN博客

【2】tf.where/tf.gather/tf.gather_nd - 知乎

【3】tenflow 入门 tf.where(）用法_ustbbsy的博客-CSDN博客

【4】tf.gather tf.gather_nd 和 tf.batch_gather 使用方法_张冰洋的天空-CSDN博客