在TensorFlow中，变量(Variable)是特殊的张量(Tensor)，它的值可以是一个任何类型和形状的张量。



与其他张量不同，变量存在于单个 session.run 调用的上下文之外，也就是说，变量存储的是持久张量，当训练模型时，用变量来存储和更新参数。除此之外，在调用op之前，所有变量都应被显式地初始化过。



1.创建变量



最常见的创建变量方式是使用Variable()构造函数。 



import tensorflow as tf
v = tf.Variable([1,2,3])   #创建变量v，为一个array
print(v)  #查看v的shape，不是v的值。结果是： <tf.Variable 'Variable:0' shape=(3,) dtype=int32_ref>
with tf.Session() as sess:
    sess.run(v.initializer)     #运行变量的initializer。调用op之前，所有变量都应被显式地初始化过。
    sess.run(v)     #查看v的值，结果是：array([1, 2, 3])



除了我们自己填写变量的值外，一般可以使用TensorFlow提供了一系列操作符来初始化张量，初始值是常量或是随机值。 



r = tf.Variable(tf.random_normal([20, 10], stddev=0.35))     #以标准差0.35的正太分布初始化一个形状为[20，40]的张量
z = tf.Variable(tf.zeros([20]))  #初始化一个形状为[20]的张量， 里面的元素值全部为0.



类似的函数还有tf.eye， tf.ones，tf.constant等。





创建变量还可以调用 tf.get_variable 函数。此函数要求您指定变量的名称。此名称将被其他副本用来访问同一变量，以及在检验和导出模型时命名此变量的值。tf.get_variable 还允许您重用先前创建的同名变量，从而轻松定义重用层的模型。



要使用 tf.get_variable 创建变量，只需提供名称和形状即可 



my_variable = tf.get_variable("my_variable", [1, 2, 3]) #这将创建一个名为“my_variable”的变量，该变量是形状为 [1, 2, 3] 的三维张量。



R1.8中Variable的构造函数如下： 



Variable(
    initial_value=None,
    trainable=True,
    collections=None,
    validate_shape=True,
    caching_device=None,
    name=None,
    variable_def=None,
    dtype=None,
    expected_shape=None,
    import_scope=None,
    constraint=None
)



新变量将添加到列出的图集合中collections，默认为[GraphKeys.GLOBAL_VARIABLES]。



如果trainable是True变量也被添加到图形集合 GraphKeys.TRAINABLE_VARIABLES。下面会讲一下变量集合。



这个构造函数创建一个variableOp和一个assignOp来将变量设置为其初始值。



参数：



initial_value：变量的初始值可以是一个张量，或者是可转换为张量的Python对象。初始值必须具有指定的形状，除非validate_shape参数设置为False。也可以是一个无参数调用，调用时返回初始值。在这种情况下，dtype必须指定。（请注意，init_ops.py中的初始化函数在使用之前必须先绑定到一个形状。）



trainable：如果是True（默认值），会将变量添加到图形变量集合GraphKeys.TRAINABLE_VARIABLES中。这个集合被用作Optimizer类使用的默认变量列表。



collections：图形集合键的列表。新变量被添加到这些集合中。默认为[GraphKeys.GLOBAL_VARIABLES]。



validate_shape：如果是False，允许变量初始化为未知形状的值。如果是True，initial_value的形状必须是已知的。



caching_device：可选设备字符串，描述变量应该被缓存以供读取的位置。默认为变量所在的设备。如果不是None，则缓存在另一台设备上。典型用途是在使用该变量的Ops所驻留的设备上进行缓存。



name：变量的可选名称。默认为'Variable'并自动赋值。



variable_def：VariableDef协议缓冲区。如果不是None，则重新创建Variable对象及其内容，而且该内容中引用图中变量的节点必须已经存在。而且图形不能被改变。 variable_def与其他参数是相互排斥的。



dtype：如果设置，initial_value将被转换为给定的类型。如果为None，数据类型将被保留（前提是initial_value是张量），或者由convert_to_tensor决定。



expected_shape：一个Tensor形状。如果设置，initial_val将会是这个形状。



import_scope：可选的string类型。名称作用域会添加到 Variable.仅在从协议缓冲区初始化时使用。



constraint：一个可选的投影函数，在被Optimizer（例如，用于实现层权重的范数约束或值约束）更新之后应用于该变量。该函数必须将代表变量值的未投影张量作为输入，并返回投影值的张量（它必须具有相同的形状）。进行异步分布式训练时，约束条件不安全。





2.变量集合



由于 TensorFlow 程序的未连接部分可能需要创建变量，因此能有一种方式访问所有变量有时十分受用。为此，TensorFlow 提供集合，它们是张量或其他对象（如 tf.Variable 实例）的命名列表。已定义的集合类型在tf.GraphKeys中有介绍。



默认情况下，每个 tf.Variable 都放置在以下两个集合中：



  • tf.GraphKeys.GLOBAL_VARIABLES - 可以在多个设备共享的变量
  • tf.GraphKeys.TRAINABLE_VARIABLES - TensorFlow 将计算其梯度的变量。

如果您不希望变量被训练，可以将其添加到 tf.GraphKeys.LOCAL_VARIABLES 集合中。例如，以下代码段展示了如何将名为 my_local 的变量添加到此集合中： 



my_local = tf.get_variable("my_local", shape=(),collections=[tf.GraphKeys.LOCAL_VARIABLES])



或者指定 trainable=False： 



t=tf.Variable([1,2,3], trainable=False)



也可以使用自己的集合。集合名称可为任何字符串，而且无需显式创建集合。创建变量（或任何其他对象）后，要将其添加到集合，请调用 tf.add_to_collection。例如，以下代码将名为 my_local 的现有变量添加到名为 my_collection_name 的集合中： 



tf.add_to_collection("my_collection_name", my_local)



要检索您放置在某个集合中的所有变量（或其他对象）的列表，您可以使用： 



tf.get_collection("my_collection_name")



3.变量初始化



前面说过，变量的初始化必须在模型的其它操作运行之前先明确地完成。如果您在低级别 TensorFlow API 中进行编程（即显式创建自己的图和会话），则必须明确初始化变量。tf.contrib.slim、tf.estimator.Estimator 和 Keras 等大多数高级框架在训练模型前会自动初始化变量。



那么在低级别API里面，最简单的方法就是添加一个给所有变量初始化的操作（比如tf.global_variables_initializer()），并在使用模型之前首先运行那个操作。 



with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())     #运行变量的initializer。调用op之前，所有变量都应被显式地初始化过。
    sess.run(v)     #查看v的值，结果是：array([1, 2, 3])



除此之外，还有前面所提到的单个变量的初始化（v.initializer）。





可以查询哪些变量尚未初始化。例如，以下代码会打印所有尚未初始化的变量名称： 



print(sess.run(tf.report_uninitialized_variables()))



请注意，默认的 tf.global_variables_initializer 不会指定变量的初始化顺序。因此，如果变量的初始值取决于另一变量的值，那么很有可能会出现错误。





参考文档：



https://tensorflow.google.cn/programmers_guide/variables



https://tensorflow.google.cn/api_guides/python/state_ops



https://tensorflow.google.cn/api_docs/python/tf/Variable



http://www.tensorfly.cn/tfdoc/how_tos/variables.html