Tensor 数据类型#

参见

在计算机科学中，数据类型负责告诉编译器或解释器程序员打算如何使用数据。 参考 Data type WIKI.

MegEngine 中借助 numpy.dtype 来表示基础数据类型，参考如下：

根据 MEP 3 – Tensor API 设计规范 ，MegEngine 将参考《数组 API 标准》中对 数据类型 的规格定义。

上面提到的数据类型（Data type, dtype ）是 Tensor 的一种基础属性， 单个 Tensor 内的元素的数据类型完全一致，每个元素占据的内存空间也完全相同。 Tensor 数据类型可以在创建时指定，也可以从已经存在的 Tensor 中指定进行转化，此时 dtype 作为参数使用 。 float32 是 MegEngine 中最经常用到的 Tensor 数据类型。

>>> a = megengine.functional.ones(5)
>>> a.dtype
numpy.float32

数据类型支持情况#

在 MegEngine 中尚未支持《数组 API 标准》中需求的所有数据类型，目前状态如下：

数据类型

numpy.dtype

等效字符串

数值区间

支持情况

布尔型

numpy.bool8 / numpy.bool_

bool

True 或者 False

✔

有符号 8 位整型

numpy.int8

int8

\([-2^{7}, 2^{7}-1]\)

✔

有符号 16 位整型

numpy.int16

int16

\([−2^{15}, 2^{15}-1]\)

✔

有符号 32 位整型

numpy.int32

int32

\([−2^{31}, 2^{31}-1]\)

✔

有符号 64 位整型

numpy.int64

int64

\([−2^{64}, 2^{64}-1]\)

✖

无符号 8 位整型

numpy.uint8

uint8

\([0, 2^{8}-1]\)

✔

无符号 16 位整型

numpy.uint16

uint16

\([0, 2^{16}-1]\)

✔

无符号 32 位整型

numpy.uint32

uint32

\([0, 2^{32}-1]\)

✖

无符号 64 位整型

numpy.uint64

uint64

\([0, 2^{64}-1]\)

✖

半精度浮点

numpy.float16 / numpy.half

float16

IEEE 754 [1]

✔

单精度浮点

numpy.float32 / numpy.single

float32

IEEE 754 [1]

✔

双精度浮点

numpy.float64 / numpy.double

float64

IEEE 754 [1]

✖

1.7 新版功能: 新增对 uint16 类型的支持。

警告

并不是所有的已有算子都支持上述 MegEngine 数据类型之间的计算（仅保证 float32 类型全部可用）。 这可能对一些实验或测试性的样例代码造成了不便，例如 matmul 运算不支持输入均为 int32 类型， 用户如果希望两个 int32 类型的矩阵能够进行矩阵乘法，则需要手动地对它们进行显式类型转换：

a = Tensor([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])  # shape: (3, 2)
b = Tensor([[1, 2], [3, 4], [5, 6]])  # shape: (2, 3)
c = F.matmul(a, b)  # unsupported MatMul(Int32, Int32) -> invalid
c = F.matmul(a.astype("float32"), b.astype("float32"))  # OK

类似的情况可能会让人产生疑惑，已有算子为什么不支持所有的数据类型？理想情况下应当如此。 但对各种数据类型的适配和优化会造成代码体积的膨胀，因此一般只对最常见的数据类型进行支持。 继续以 int32 的矩阵乘法为例，在实际的矩阵乘情景中其实很少使用到 int32 类型， 原因包括计算结果容易溢出等等，目前最常见的是 float32 类型，也是算子支持最广泛的类型。

注意：上述类型转换将会导致精度丢失，使用者需要考虑到其影响。

备注

我们会在 megengine.quantization 模块中提到对量化数据类型的支持。

默认数据类型#

MegEngine 中对 Tensor 默认数据类型的定义如下：

  • 默认浮点数据类型为 float32;

  • 默认整型数据类型为 int32;

  • 默认索引数据类型为 int32.

dtype 作为参数使用#

Tensor 初始化时以及调用 创建 Tensor 函数时可接受 dtype 参数，用来指定数据类型：

>>> megengine.Tensor([1, 2, 3], dtype="float32")
Tensor([1. 2. 3.], device=xpux:0)

>>> megengine.functional.arange(5, dtype="float32")
Tensor([0. 1. 2. 3. 4.], device=xpux:0)

如果使用已经存在的数据来创建 Tensor 而不指定 dtype, 则 Tensor 的数据类型将根据 默认数据类型 推导：

>>> megengine.Tensor([1, 2, 3]).dtype
int32

警告

如果使用不支持类型的 NumPy 数组作为输入创建 MegEngine Tensor, 可能会出现非预期行为。 因此最好在做类似转换时每次都指定 dtype 参数，或先转换 NumPy 数组为支持的数据类型。

另外还可以使用 astype 方法得到转换数据类型后的 Tensor（原 Tensor 不变）：

>>> megengine.Tensor([1, 2, 3]).astype("float32")
Tensor([1. 2. 3.], device=xpux:0)

类型提升规则#

备注

根据 MEP 3 – Tensor API 设计规范, 类型提升规则应当参考《数组 API 标准》 中的 相关规定 ：

../../../_images/dtype_promotion_lattice.png

多个不同数据类型的 Tensor 或 Python 标量作为操作数参与运算时， 所返回的结果类型由上图展示的关系决定—— 沿着箭头方向提升，汇合至最近的数据类型，将其作为返回类型。

  • 决定类型提升的关键是参与运算的数据的类型，而不是它们的值；

  • 图中的虚线表示 Python 标量的行为在溢出时未定义；

  • 布尔型、整数型和浮点型 dtypes 之间未连接，表明混合类型提升未定义。

在 MegEngine 中，由于尚未支持《标准》中的所有类型，当前提升规则如下图所示：

../../../_images/dtype_promotion_megengine.png

  • 遵循 类型优先 的原则，存在 bool -> int -> float 的混合类型提升规则；

  • 当 Python 标量类型与 Tensor 进行混合运算时，转换成 Tensor 数据类型；

  • 布尔型 dtype 与其它类型之间未连接，表明相关混合类型提升未定义。

备注

这里讨论的类型提升规则主要适用于 元素级别运算（Element-wise） 的情况。

举例如下， uint8 和 int8 类型 Tensor 运算会返回 int16 类型 Tensor:

>>> a = megengine.Tensor([1], dtype="int8")  # int8 -> int16
>>> b = megengine.Tensor([1], dtype="uint8")  # uint8 -> int16
>>> (a + b).dtype
numpy.int16

int16 和 float32 类型 Tensor 运算会返回 float32 类型 Tensor:

>>> a = megengine.Tensor([1], dtype="int16")  # int16 -> int32 -> float16 -> float32
>>> b = megengine.Tensor([1], dtype="float32")
>>> (a + b).dtype
numpy.float32

Python 标量和 Tensor 混合运算时，在种类一致时，会将 Python 标量转为相应的 Tensor 数据类型：

>>> a = megengine.Tensor([1], dtype="int16")
>>> b = 1  # int -> a.dtype: int16
>>> (a + b).dtype
numpy.int16

注意，如果此时 Python 标量是 float 类型，而 Tensor 为 int, 则按照类型优先原则提升：

>>> a = megengine.Tensor([1], dtype="int16")
>>> b = 1.0  # Python float -> float32
>>> (a + b).dtype
numpy.float32

此时 Python 标量通过使用 默认数据类型 转为了 float32 Tensor.