python小波变换_使用Scipy.signal(Python)进行连续小波变换:cwt()函数中的参数“ widths”是什么? (时间频率)...

本文探讨了使用Python的Scipy.signal库进行连续小波变换(cwt)时,特别是参数`widths`的含义。作者通过实例代码解释了`widths`与小波宽度、尺度的关系,并讨论了如何选择合适的`widths`值以获取所需的时间频率信息。同时,文章还提到了小波中心频率的计算方法。

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我搜索绘制带有离散时间信号的时频信号(采样步长= 0.001秒).我使用Python和Scipy.signal库.我使用函数cwt(data,wavelet,widths),该函数返回一个矩阵,以复杂的morlet小波(或gabor小波)进行连续小波变换.不幸的是,没有太多关于这种用法的文档.我发现的最好的是:

-Matlab的this(我试图找到相同的比例时间结果),但是我自然无法使用相同的功能,

–this解释了什么是连续小波变换,没有小波参数的详细信息.

第一步:获取刻度转换信号.毫无疑问,我直接将数组“宽度”与可能不同比例的数组相关联.因为,如果参数宽度不定比例,我不知道它是什么.也许,你会告诉我“这是当前小波的宽度”!但是,即使是现在,我仍然不确定链接的宽度如何缩放……在Scipy的Morlet文档中,链接似乎可能是:“ s:缩放因子,从-s * 2 * pi到s * 2 *窗口化pi”,因此,我认为width = 4 * pi * scale(宽度=窗口的宽度).但是当我绘制小波时,更多的比例增加,小波的可视宽度减小更多…

我的第二个问题是找到并画出与频率相等的值.在文献中,我发现以下公式:Fa = Fc /(s * delta),其中Fa是最终频率,Fc是小波的中心频率,单位为Hz,s为比例,为采样周期.因此,可以选择比例尺(如果我找到了宽度的链接)和增量(= 0.001秒),但由于小波的中心频率而变得更加复杂.在scipy文档中,我发现:“此小波[morlet小波]的基本频率以Hz为单位,由f = 2 * s * w * r / M给出,其中r是采样率[s是此处的缩放因子,加窗从-s * 2 * pi到s * 2 * pi.默认值为1; w宽度;和M小波的长度].“我认为这是中心频率,对吗?

谢谢

这是我为cwt()复制的代码:

def MyCWT(data, wavelet, scales):

output = zeros([len(scales), len(data)], dtype=complex)

for ind, scale in enumerate(scales):

window = scale

### Python连续小波变换逆变换的实现或库 Python 提供了多种库来实现连续小波变换CWT)及其逆变换(ICWT)。以下是一些常用的库和方法,能够帮助用户实现逆变换功能。 #### 1. PyWavelets 库 PyWavelets 是一个开源的 Python 库,用于处理离散小波变换(DWT)和连续小波变换CWT)。尽管其主要功能集中在离散小波变换上,但也可以通过扩展支持连续小波变换及其逆变换。对于逆变换部分,可以使用 `pywt.cwt` 和 `pywt.icwt` 函数[^4]。 示例代码如下: ```python import numpy as np import pywt # 定义信号 t = np.linspace(-1, 1, 200, endpoint=False) sig = np.cos(2 * np.pi * 7 * t) + np.real(np.exp(-7*(t-0.4)**2)) # 连续小波变换 scales = np.arange(1, 128) coefficients, frequencies = pywt.cwt(sig, scales, 'cmor') # 逆连续小波变换 reconstructed_signal = pywt.icwt(coefficients, scales, 'cmor') print("原始信号:", sig) print("重建信号:", reconstructed_signal) ``` #### 2. SciPySciPy 提供了对连续小波变换的支持,但目前其逆变换功能仍在开发中。可以通过 `scipy.signal.cwt` 实现连续小波变换,但对于逆变换需要手动实现[^5]。 示例代码如下: ```python from scipy import signal import numpy as np # 定义信号 t = np.linspace(0, 1, 1000) sig = np.sin(2 * np.pi * 7 * t) + np.sin(2 * np.pi * 2 * t) # 定义小波函数 widths = np.arange(1, 31) cwtmatr = signal.cwt(sig, signal.ricker, widths) # 手动实现逆变换逻辑 reconstructed_signal = np.sum(cwtmatr, axis=0) / len(widths) print("原始信号:", sig) print("重建信号:", reconstructed_signal) ``` #### 3. 自定义实现 如果现有库无法满足需求,可以基于数学公式自定义实现逆变换逻辑。逆变换的核心思想是将小波系数重新组合为原始信号。以下是基于 Haar 小波的逆变换实现示例[^1]: ```python import numpy as np def iHWT(data): n = len(data) res = data.copy() while n > 1: # 恢复均值和差值 avg = res[0] diff = res[1:1+n//2] res[:n//2*2] = avg + np.concatenate([diff, -diff]) res = res[:n//2*2] n //= 2 return res data = np.array([2., -0.5, -1., -1., -0.5, -0.5, -0.5, -0.5]) print("逆变换结果:", iHWT(data)) # 输出 [1. 2. 3. 4. 2. 3. 4. 5.] ``` #### 注意事项 - 在实现逆变换时,必须确保正变换和逆变换的小波基函数一致。 - 如果信号具有非平稳特性,建议选择合适的小波基函数以提高重建精度[^2]。 - 对于连续小波变换,尺度参数的选择直接影响逆变换的质量[^3]。 ###
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