傅里葉變換(上)

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傅里葉變換

傅里葉變換的重要性

我們現(xiàn)在機(jī)器學(xué)習(xí)上音頻和圖像上處理上都會(huì)用到傅里葉變換包个,今天我們?cè)?app 中用到聲音處理和美圖都是基于傅里葉變換的。所以傅里葉變換還是比較重要的纵潦,和貼近生活的正塌。這是一些額外的知識(shí),不了解也沒有什么關(guān)系缩滨,我們?cè)?SLAM 有時(shí)候只要會(huì)用公式就行柏腻,也沒有必要探究其背后的原理纸厉。

什么是傅里葉變換

我們先把最重要的內(nèi)容說出來,也就是什么是傅里葉變換五嫂。將任意周期函數(shù)拆解為一系列一個(gè)正(余)函數(shù)的和颗品。好有了這樣一個(gè)目標(biāo)我們看看傅里葉變換是怎么推導(dǎo)。

什么是變換

說到變換沃缘,我們先來說一說什么是變換躯枢,變換很好理解也就是不同的表達(dá),下圖中在坐標(biāo)系(空間)的兩個(gè)點(diǎn)槐臀,我們可以用這樣圖形方式表示


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也可以用向量方式表示為A(2,1)和B(2,1),這就是變換锄蹂,大家看了可能感覺無(wú)趣,其實(shí)是有好處水慨,不同表達(dá)有時(shí)候利于我們計(jì)算


屏幕快照 2019-12-03 上午5.31.18.png

例如我們要計(jì)算這樣一個(gè)平行四邊形對(duì)角線得糜,將圖形問題轉(zhuǎn)換為向量計(jì)算就比較容易。

時(shí)域和頻域

我們生活的世界都以時(shí)間為序列晰洒,我們成長(zhǎng)朝抖,聽到的音樂、汽車的軌跡都會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變谍珊。這種以時(shí)間作為參照來觀察動(dòng)態(tài)世界的方法被稱為時(shí)域分析治宣。不過我們可以從另一個(gè)角度來觀察世界,例如我們不是聽音樂抬驴,而是看樂譜炼七,可能會(huì)發(fā)現(xiàn)世界是永恒不變的,這個(gè)靜止的世界就叫做頻域

那么我們可以將時(shí)域上觀察的函數(shù)布持,換一個(gè)角度從時(shí)域上按頻率不同來將函數(shù)分解為若干周期函數(shù)豌拙,這就是從圖形上對(duì)傅里葉變換進(jìn)行解釋。


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圖形上我們了解什么是傅里葉變換题暖,現(xiàn)在再?gòu)墓絹硗茖?dǎo)一下傅里葉變換
f(x) = C + \sum_{n=1}^{\infty}(a_n \cos(\frac{2 \pi n}{T}x) + b_n \sin (\frac{2 \pi n}{T} x)) , c \in \mathbb{R}

這樣一個(gè)公式就很好理解按傅,首先我看常數(shù)項(xiàng) C

  • g(x) = C 一定是一個(gè)周期函數(shù),這個(gè)應(yīng)該沒有問題
  • 用于調(diào)節(jié)函數(shù)值

我們知道任何一個(gè)函數(shù)都可以寫成
f(x) = \frac{f(x) + f(-x)}{2} + \frac{f(x) - f(-x)}{2}
這樣形式胧卤,其中\frac{f(x) + f(-x)}{2} 是偶函數(shù)相當(dāng)于 cosx 而 \frac{f(x) - f(-x)}{2} 相當(dāng)于奇函數(shù)(sinx)

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