tensor数据基操----索引与切片

玩过深度学习图像处理的都知道，对于一张分辨率超大的图片，我们往往不会采取直接压平读入的方式喂入神经网络，而是将它切成一小块一小块的去读，这样的好处就是可以加快读取速度并且减少内存的占用。就拿医学图像处理来说吧，医学CT图像一般都是比较大的，一张图片就可能达到500MB+，有的甚至超过1GB，下面是切过的一张已经被各种压缩过的肝脏CT图像的一角。

      

我们可以看到它的像素仍有5210*4200之多，如果直接把这样一张图片压平，将会得到一个5210*4200=21882000维的tensor，将这样一个上千万维的数据直接喂入神经网络，我不知道性能特别特别好的电脑能不能撑起来，反正我的电脑是肯定崩溃。那么如何处理这样图片呢？回到我们的标题----索引和切片。通过切片的方式我们可以把这张图片分成若干28*28（或者其他合适分辨率）的小图，分批次将这张图喂入神经网络，可想而知会取得不错的效果。接下来就记录几种索引切片的方式。

方式1：通过连续的[ ]

这种方式在各种编程语言中都很常见，即数组的索引，但是这种方式只能取到某一具体维度的数值，不能随心所欲的固定间隔或者非固定间隔的切片

a = tf.ones([1,5,5,3])
print(a[0][0])
print(a[0][0][0])
print(a[0][0][0][2])

方式2：通过[ ,  ,  ,……]

这种方式其实是numpy对方式1的一种在可读性方面的优化，和方式1相比，可读性明显提高

a = tf.random.normal([4,28,28,3])
print(a[1].shape)
print(a[1,2].shape)
print(a[1,2,3].shape)
print(a[1,2,3,2].shape)

方式3：一维tensor可通过[ ：]

这种方式也是python中比较常用的数组切片方式，切片范围[ A:B)

a=tf.range(10)
print(a)
print(a[-1:])
print(a[-2:])
print(a[:2])
print(a[:-1])

方式4：对于多维tensor可通过[ ，：，：，：……]

相对前面几种切片方式都更加丰富，也可以完成多样的切片（跳过某一维度）start：end

a = tf.random.normal([4,28,28,3])
print(a[0,:,:,:].shape)
print(a[0,1,:,:].shape)
print(a[:,:,:,0].shape)
print(a[:,:,:,2].shape)
print(a[:,0,:,:].shape)

方式5：隔行采样[ : : ,: : ,: : ,……]

通过增加了一个：,使用方式start：end：step进行间隔采样（：：step代表从最开始到最末尾以步长step间隔采样）

a = tf.random.normal([4,28,28,3])
print(a[:,0:28:2,0:28:2,:].shape)
print(a[:,:14,:14,:].shape)
print(a[:,14:,14:,:].shape)
print(a[:,::2,::2,:].shape)

注：若step<0则倒序采样

方式6：用…进行采样

...可以代替连续的：,增强代码的易书写性和可读性

a = tf.random.normal([2,4,28,28,3])
print(a[0,:,:,:,:].shape)
print(a[0,...].shape)
print(a[:,:,:,:,0].shape)
print(a[...,0].shape)
print(a[0,...,2].shape)
print(a[1,0,...,0].shape)

方式6：selective indexing

使用tf.gather、tf.gather_nd、tf.boolean_mask进行随机采样

（1）tf.gather（在某一维度指定index）

# 下面的tensor即表示，4个班级，每个班级35名学生，每个学生8门课的成绩
a = tf.random.normal([4,35,8])
# axis表示维度，indices表示在axis维度上要取数据的索引
print(tf.gather(a,axis=0,indices=[2,3]).shape) # 可理解为取第2、3个班级的学生成绩，同a[2:4].shape
print(tf.gather(a,axis=0,indices=[2,1,3,0]).shape) # 可理解为依次取第2、1、3、0个班级的学生成绩
print(tf.gather(a,axis=1,indices=[2,3,7,9,16]).shape) # 可理解为取所有班级第2,3,7,9,16个学生的成绩
print(tf.gather(a,axis=2,indices=[2,3,7]).shape) # 可理解为取所有班级所有学生第2,3,7门课的成绩

（2）tf.gather_nd（在多个维度指定index）

a = tf.random.normal([4,35,8])
# axis表示维度，indices表示在axis维度上要取数据的索引
print(tf.gather_nd(a,[0]).shape) # 可理解为取0号班级的所有成绩
print(tf.gather_nd(a,[0,1]).shape) # 可理解为取0号班级1号学生的成绩
print(tf.gather_nd(a,[0,1,2]).shape) # 可理解为取0号班级1号学生的第2门课成绩
print(tf.gather_nd(a,[[0,0],[1,1]]).shape) # 可理解为取0号班级0号学生和1号班级1号学生的成绩
print(tf.gather_nd(a,[[0,0],[1,1],[2,2]]).shape) # 可理解为取0号班级0号学生、1号班级1号学生、2号班级2号学生的成绩
print(tf.gather_nd(a,[[0,0,0],[1,1,1],[2,2,2]]).shape) # 可理解为0班0学0课，1班1学1课，2班2学2课的成绩
print(tf.gather_nd(a,[[[0,0,0],[1,1,1],[2,2,2]]]).shape) # shape与上不同

（3）tf.boolean_mask（通过True和False的方式选择数据）

a = tf.random.normal([4,28,28,3])
print(tf.boolean_mask(a,mask=[True,True,False,False]).shape)
print(tf.boolean_mask(a,mask=[True,True,False],axis=3).shape)
a = tf.ones([2,3,4])
print(tf.boolean_mask(a,mask=[[True,False,False],[False,True,True]]))