時域、頻域、傅里葉級數、傅里葉變化、拉普拉斯變化

剛入手GCN,就知道從兩個角度—時域和頻域看GCN,但是具體也不明白,查資料記錄一下。

時域和頻域

時域時真實世界,是唯一實際存在的域,因爲我們的經歷都是在時域中發展和驗證的,已經習慣於事件按時間的先後順序發生。
例如,聽一段音樂,音樂以波的形式傳入我們耳中,隨着時間流逝,我們就完整聽完這段音樂。
在頻域中,我們聽到的音樂是特定的特定的音符,是波的形式,與時間沒有關係。
在這裏插入圖片描述
時域和頻域的角度
這張圖清楚顯示了時域和頻域,從圖上中時域的角度看,信號是由多種不同頻率正玄波的疊加,時域的角度比較形象與直觀;從頻域角度看,比較簡練。
在分析一個問題時,時域和頻域爲我們提供了不同的角度。

傅里葉級數

爲了方便分析時域和頻域,進行頻譜分析:就是把複雜的時域信號(週期或者非週期)變成頻域形式並加以分析的方法稱爲頻域分析。目的就是把複雜的時域波形,經過某種變化分解爲單一的諧波分量來研究,以獲得信號的頻域結構和相位信息。這種變換就可以是傅里葉變換,目的就是把複雜的時域信號變成頻域信號,便於研究。
傅里葉級數:任何連續週期信號都可以表示成爲一組適當的加權正弦曲線的和。
在這裏插入圖片描述
可以看出,傅里葉級數之適合用於周期函數。
PS:基波:傅里葉級數中週期最大(頻率最低)的波。
諧波:傅里葉級數中處基波意外的波。
我們將傅里葉級數的概念推廣到非週期的信號,就可得到傅里葉變換。在看傅里葉級數之前,先看下復指數形式的傅里葉級數

復指數形式的傅里葉級數

復指數形式的傅里葉級數主要是想把上面傅里葉級數中的在這裏插入圖片描述
部分換成歐拉方程的形式。上面的這個傅里葉級數經過了一系列的推導,集體過程見下邊的這兩篇博客,推導一下,我的工作是在上邊的推導的過程中這裏開始的:
在這裏插入圖片描述
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最後把x(t)最終化成了,上邊的形式:在這裏插入圖片描述
,有木有發現,這種形式看起來很簡潔,這就是復指數形式的傅里葉級數。

傅里葉變換

上面的假設是滿足 狄裏赫利條件(Dirichlet conditions),週期爲T=2PI的信號函數x(t),展成w的整數倍頻率的cos和sin正交基函數之和,所以是離散的頻率,之間的間隔就是1/T。如果週期T變成周期無限大的週期信號T趨向於無窮。
這個時候,1/t就無窮小了,1/t趨向於0,(請看下面的照片吧)
在這裏插入圖片描述
這個過程就是傅里葉變換,牢記這個變換的初衷是把信號從時域變成頻域。
最後還需要把頻域的信號變成時域信號;
在這裏插入圖片描述
根據傅里葉變換的條件三,可知利用傅里葉變換是隻有假設的信號爲無窮,這個無窮需要趨向於0時,才能滿足傅里葉變換的條件。
下邊的圖說明上邊變換的過程:

在這裏插入圖片描述

拉普拉斯變換

上邊提到的絕對可積條件使得上升信號比如(e-axe的ax次方,遞增趨向無窮大),就不能用傅里葉變換了,爲了使得更多的信號存在變換,滿足傅里葉變換的條件,就需要引入一個衰減因子,保證信號在趨向於正負無窮的時候,幅度衰減到0,一般的衰減因子會選擇在這裏插入圖片描述

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拉氏變換是傅氏變換的基礎上引入了衰減因子,他把X(t)分解爲無限多個變幅、震盪之和,並且振幅隨着在這裏插入圖片描述變化。
參考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/19759362
https://www.zhihu.com/question/34899574/answer/612923473
後邊繼續學習圖上的拉普拉斯變換和傅里葉變換!

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