pytorch api文档：torch.stack()堆叠多个形状相同的张量

作者：马育民 • • 阅读：10033

介绍

torch.stack() 函数，是张量拼接操作中非常重要的一个，核心作用是在指定维度上堆叠多个形状相同的张量，并生成一个新的维度，和普通的拼接（torch.cat）有本质区别。

作用

将一些 形状完全相同 的张量，在指定的 dim 维度上进行“堆叠”，堆叠后会 新增一个维度（维度大小等于张量的数量），最终张量的维度数 = 原张量维度数 + 1

堆叠图解

下面演示 两个二维矩阵的堆叠方式

按照0轴堆叠

按照1轴堆叠

按照2轴堆叠

语法

torch.stack(tensors, dim=0, out=None) → Tensor

形参：

  • tensors：必选，要堆叠的张量序列（列表/元组 形式），所有张量必须 形状完全相同；
  • dim：可选，指定堆叠的维度位置，默认 0，取值范围是 [- (原维度数+1), 原维度数]（如原张量是2维，dim 可取值 -3, -2, -1, 0, 1, 2）；
  • out：可选，输出张量，一般无需指定。

与 torch.cat 区别

torch.cat 是在 已有维度上拼接（维度数不变），torch.stack 是新增维度堆叠（维度数+1）。

例子

先通过简单例子对比 stack 和 cat，再演示不同 dim 的效果：

import torch

# 准备3个形状相同的张量（2x2）
a = torch.tensor([[1, 2], [3, 4]])
b = torch.tensor([[5, 6], [7, 8]])
c = torch.tensor([[9, 10], [11, 12]])
print("原张量形状：", a.shape)  # 输出：torch.Size([2, 2])

示例1：默认dim=0堆叠（新增第0维）

stack_dim0 = torch.stack([a, b, c], dim=0)
print("\ndim=0堆叠结果形状：", stack_dim0.shape)  # 输出：torch.Size([3, 2, 2])
print("dim=0堆叠结果：")
print(stack_dim0)
# 输出：
# tensor([[[ 1,  2],
#          [ 3,  4]],
#         [[ 5,  6],
#          [ 7,  8]],
#         [[ 9, 10],
#          [11, 12]]])

示例2：dim=1堆叠（新增第1维）

stack_dim1 = torch.stack([a, b, c], dim=1)
print("\ndim=1堆叠结果形状：", stack_dim1.shape)  # 输出：torch.Size([2, 3, 2])
print("dim=1堆叠结果：")
print(stack_dim1)
# 输出：
# tensor([[[ 1,  2],
#          [ 5,  6],
#          [ 9, 10]],
#         [[ 3,  4],
#          [ 7,  8],
#          [11, 12]]])

示例3：dim=2堆叠（新增第2维）

stack_dim2 = torch.stack([a, b, c], dim=2)
print("\ndim=2堆叠结果形状：", stack_dim2.shape)  # 输出：torch.Size([2, 2, 3])
print("dim=2堆叠结果：")
print(stack_dim2)
# 输出：
# tensor([[[ 1,  5,  9],
#          [ 2,  6, 10]],
#         [[ 3,  7, 11],
#          [ 4,  8, 12]]])

对比：torch.cat

在已有维度拼接，维度数不变

cat_dim0 = torch.cat([a, b, c], dim=0)
print("\ntorch.cat dim=0拼接形状：", cat_dim0.shape)  # 输出：torch.Size([6, 2])

使用场景

torch.stack 在实际开发中常用于以下场景：

（1）批量构建数据

将多个单样本张量堆叠成批量张量（新增batch维度）：

# 单个样本（特征维度：5）
sample1 = torch.randn(5)
sample2 = torch.randn(5)
sample3 = torch.randn(5)
# 堆叠成batch（batch_size=3, feature_dim=5）
batch = torch.stack([sample1, sample2, sample3], dim=0)
print(batch.shape)  # 输出：torch.Size([3, 5])

（2）合并多维度特征

在深度学习中，将多个同形状的特征张量堆叠，新增维度表示“特征类型”：

# 3个同形状的特征图（height=4, width=4）
feat1 = torch.randn(4, 4)  # 特征1
feat2 = torch.randn(4, 4)  # 特征2
feat3 = torch.randn(4, 4)  # 特征3
# 堆叠成（channel=3, height=4, width=4）的特征图
feat_stack = torch.stack([feat1, feat2, feat3], dim=0)
print(feat_stack.shape)  # 输出：torch.Size([3, 4, 4])

（3）维度重组

配合 unstack 实现张量维度的拆分与重组（反向操作）：

# 拆分stack的结果（反向操作）
unstacked = torch.unbind(stack_dim0, dim=0)  # 拆分第0维
print("拆分后的第一个张量：", unstacked[0])  # 输出和a完全一致

注意事项

  1. 形状必须完全一致：要堆叠的所有张量形状必须相同，否则会报错（如不能堆叠 [2,2] 和 [3,2] 的张量）；
  2. dim的取值范围：dim 不能超过“原维度数+1”，比如原张量是2维，dim 最大只能取2（新增最后一维）；
  3. 与cat的选择：
    • 想新增维度 → 用 stack；
    • 想在已有维度上扩展 → 用 cat。

总结

  1. torch.stack() 核心是新增维度堆叠多个同形状张量，堆叠后维度数+1；
  2. dim 参数控制新增维度的位置，不同 dim 会改变张量的组织形式；
  3. 常用场景包括批量构建数据、合并多特征张量，需注意与 torch.cat 的区别（cat不新增维度）。

原文出处：/show_1GW2d14EaVsN.html

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