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2021年3月28日 星期日

使用 SciPy 計算快速傅立葉變換

作者:王一哲
日期:2021/3/28


快速傅立葉變換


快速傅立葉變換 (fast Fourier transform, FFT) 是一種用來計算離散傅立葉變換 (discrete Fourier transform, DFT) 及其逆變換的計算方法,目前常用的是庫利-圖基演算法 (Cooley-Tukey FFT algorithm) 演算法。快速傅立葉變換通常被用在分析訊號的頻率及強度,以下是使用 SciPy 提供的工具計算 FFT 的方法。


SciPy FFT


SciPy 提供兩種計算 FFT 的工具,分別是 scipy.fft [1] 以及 scipy.fftpack [2],依據官方說明書,新版的程式碼為 scipy.fft。 以下是在 jupyter-notebook 中執行的程式碼,首先引入函式庫,並於儲存格中啟用 matplotlibe 繪圖功能。
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from scipy.fft import fft, fftfreq, ifft

%matplotlib inline

設定資料點數量 N,sin 函數頻率 f1 ~ f5、振幅 A1 ~ A5,時間間隔 dt。
N = 4096
f1, f2, f3, f4, f5 = 10, 30, 50, 70, 90
A1, A2, A3, A4, A5 = 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1
dt = 2/f1/N