fractional cascading

本文介绍了一种称为分数级联的技术,它通过合并多个有序数组并利用附加信息来加速二分搜索过程。此方法适用于需要在多个数组中查找相同元素的情况,通过预先处理将查找时间从O(klog(n/k))降低到更优的时间复杂度。

fractional cascading

http://en.wikipedia.org/wiki/Fractional_cascading

 

加速binary search的方法。

用空间换时间。

假如同时有多个数组,然后在其中找某个数,一般做法是每个数组都查找过去。这样算法复杂度是 O(k log(n/k)),

As a simple example of fractional cascading, consider the following problem. We are given as input a collection of k ordered lists Li of real numbers, such that the total length Σ|Li| of all lists is n, and must process them so that we can perform binary searches for a query value q in each of the k lists. For instance, with k = 4 and n = 17,

L 1 = 2.4, 6.4, 6.5, 8.0, 9.3
L 2 = 2.3, 2.5, 2.6
L 3 = 1.3, 4.4, 6.2, 6.6
L 4 = 1.1, 3.5, 4.6, 7.9, 8.1

另外一种方法如下:

将这些数组合并到一个大数组,每个数跟着这个数在原来每个数组中的位置。

we may merge all the k lists into a single big list L, and associate with each item x of L a list of the results of searching for x in each of the smaller lists Li. If we describe an element of this merged list as x[a,b,c,d] where x is the numerical value and a, b, c, and d are the positions (the first number has position 0) of the next element at least as large as x in each of the original input lists (or the position after the end of the list if no such element exists), then we would have

L = 1.1[0,0,0,0], 1.3[0,0,0,1], 2.3[0,0,1,1], 2.4[0,1,1,1], 2.5[1,1,1,1], 2.6[1,2,1,1],
3.5[1,3,1,1], 4.4[1,3,1,2], 4.6[1,3,2,2], 6.2[1,3,2,3], 6.4[1,3,3,3], 6.5[2,3,3,3],
6.6[3,3,3,3], 7.9[3,3,4,3], 8.0[3,3,4,4], 8.1[4,3,4,4], 9.3[4,3,4,5]
这样查找一个数,只要在L上查找,就能得到该数应该在每个数组中的位置。

fractional cascading:

上一行数组是下一行数组每隔1个取一个数在加上本行数组。

M 1 = 2.4[0, 1], 2.5[1, 1], 3.5[1, 3], 6.4[1, 5], 6.5[2, 5], 7.9[3, 5], 8[3, 6], 9.3[4, 6]
M 2 = 2.3[0, 1], 2.5[1, 1], 2.6[2, 1], 3.5[3, 1], 6.2[3, 3], 7.9[3, 5]
M 3 = 1.3[0, 1], 3.5[1, 1], 4.4[1, 2], 6.2[2, 3], 6.6[3, 3], 7.9[4, 3]
M 4 = 1.1[0, 0], 3.5[1, 0], 4.6[2, 0], 7.9[3, 0], 8.1[4, 0]
<think>嗯,用户想了解分数插值(Fractional Interpolation)的实现或解释,特别是在信号处理或数学中的应用。首先,我得先确认分数插值的基本概念。分数插值可能指的是在非整数位置进行插值,比如在信号处理中,有时候需要将信号采样率调整为非整数倍,这时候就需要分数插值。常见的插值方法有线性插值、三次样条插值等,但分数插值可能涉及更复杂的方法,比如多项式插值或者基于傅里叶变换的方法。 然后,我需要回忆相关的方法,比如多项式插值中的拉格朗日插值或者牛顿插值,这些是否适用于分数位置。另外,数字信号处理中的分数延迟滤波器可能与此相关,因为它们用于在离散信号中实现非整数延迟,这其实也是一种分数插值。例如,使用窗函数法设计FIR滤波器来实现分数延迟,或者使用全通滤波器。 另外,分数阶内插可能在多速率信号处理中出现,比如当需要将信号的内插因子是一个分数时,通常会结合上采样和下采样操作,例如使用多相滤波器结构来高效实现。例如,内插因子为L/M,其中L和M是整数,这时候可能需要先上采样L倍,然后进行低通滤波,再下采样M倍。不过这可能属于分数比率转换,而不是直接的分数插值。 还有,用户提到的分数插值可能涉及到更数学化的插值方法,比如分数阶微积分中的插值应用,但可能不太相关。需要回到信号处理中的具体应用。 接下来,我需要考虑如何将这些方法转化为具体的实现步骤。例如,分数延迟滤波器的设计,使用sinc函数进行理想插值,但由于sinc函数无限长,实际中需要加窗处理,比如Kaiser窗。或者使用多项式插值的近似,如Farrow结构,这种结构可以高效实现可变分数延迟的插值。 另外,可能需要提到时域和频域的方法。时域方法如多项式插值,而频域方法可能涉及将信号转换到频域,填充零或进行相位调整后再逆变换回来,但需要注意频谱的连续性。 在数学领域,分数插值可能涉及到样条插值的分数阶扩展,但具体是否有这样的方法,我需要确认。比如,使用分数阶多项式或样条函数进行插值,但可能比较少见。 然后,我需要检查是否有相关的引用文献支持。用户提供的引用中,引用[2]提到了逆多元二次核,这可能与插值核函数有关,比如在径向基函数插值中使用不同的核函数,但不确定是否直接相关。可能需要参考其他资料。 在实现方面,可能需要给出一个示例代码,比如使用Python实现分数延迟插值,或者多项式插值。例如,使用scipy中的信号处理库,或者手动实现线性插值、三次插值等,并扩展到分数位置。 还要注意用户提到的必须使用LaTeX格式的数学公式,比如分数延迟的表达式,插值公式等,需要用$...$或$$...$$包裹。例如,sinc插值可以表示为$x(t) = \sum_{n} x[n] \cdot \text{sinc}(t - nT)$,其中T是采样间隔,t是非整数位置。 可能还需要提到应用场景,比如音频处理中的变速不变调,图像处理中的亚像素精度运动估计,通信系统中的符号同步等。 最后,生成相关问题时要考虑用户可能进一步想了解的内容,比如具体算法对比、性能分析、优化方法,或者在不同领域的应用实例。</think>### 分数插值(Fractional Interpolation)的解释与实现 分数插值是一种在信号处理或数学中用于在非整数位置估计信号值的技术,常见于采样率转换、时延补偿和信号重建等场景。其核心思想是通过已知离散采样点,构建连续信号模型,再从中提取任意位置的插值结果。 #### 数学原理 1. **理想插值模型** 理想情况下,带限信号可通过**sinc函数**完美重建: $$x(t) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x[n] \cdot \text{sinc}\left(\frac{t - nT}{T}\right)$$ 其中$T$为采样间隔,$\text{sinc}(x)=\sin(\pi x)/(\pi x)$。但在实际中,sinc函数需截断为有限长滤波器[^2]。 2. **多项式近似插值** 为降低计算复杂度,常用多项式(如线性、三次样条)近似sinc函数。例如,**三次埃尔米特插值**的表达式为: $$x(t) = a(t-t_0)^3 + b(t-t_0)^2 + c(t-t_0) + d$$ 系数$a,b,c,d$由相邻四个采样点确定。 #### 实现方法 1. **分数延迟滤波器(Farrow结构)** 一种高效实现可变分数延迟的滤波器结构,通过多项式分段近似实现。其传递函数为: $$H(z,\mu) = \sum_{k=0}^{K} C_k(\mu) z^{-k}$$ 其中$\mu \in [0,1)$为分数延迟量,$C_k(\mu)$为多项式系数。 2. **Python代码示例(线性插值)** ```python def fractional_interpolation(signal, t_fractional): n = int(np.floor(t_fractional)) mu = t_fractional - n return (1 - mu) * signal[n] + mu * signal[n + 1] ``` #### 应用场景 - 通信系统中的符号定时同步 - 音频信号的重采样(如44.1kHz→48kHz转换) - 图像超分辨率重建中的亚像素位移估计
评论 1
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值