Я реализую дискретное обратное преобразование Фурье в Python для аппроксимации обратного преобразования Фурье функции Гаусса.
Входная функция — sqrt(pi) * e^(-w^2/4)
, поэтому выходная функция должна быть e^(-x^2)
.
Хотя форма результирующей функции выглядит правильно, масштабирование по оси X, похоже, отключено (возможно, возникла проблема с нормализацией). Я ожидаю увидеть функцию Гаусса вида e^(-x^2)
, но мой результат намного уже.
Это моя реализация:
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sympy import symbols, exp, pi, lambdify, sqrt
# Defining the Fourier transform of a Gaussian function, sqrt(pi) * exp(-omega ** 2 / 4)
x, omega = symbols('x omega')
f_gaussian_symbolic = exp(-omega ** 2 / 4) * sqrt(pi)
f_gaussian_function = lambdify(omega, f_gaussian_symbolic, 'numpy')
def fourier_inverse(f, n, omega_max):
"""
This function computes the inverse Fourier transform of a function f.
:param f: The function to be transformed
:param n: Number of samples
:param omega_max: The max frequency we want to be sampled
"""
omega_range = np.linspace(-omega_max, omega_max, n)
f_values = f(omega_range)
inverse_f = np.fft.ifftshift(np.fft.ifft(np.fft.fftshift(f_values)))
delta_omega = omega_range[1] - omega_range[0]
x_range = np.fft.ifftshift(np.fft.fftfreq(n, d=delta_omega))
inverse_f *= delta_omega * n / (2 * np.pi)
return x_range, inverse_f
plt.figure(figsize=(10, 5))
x_range, inverse_f = fourier_inverse(f_gaussian_function, 10000, 100)
plt.plot(x_range, inverse_f.real)
plt.ylim(-2, 2)
plt.xlim(-4, 4)
plt.show()
Я ожидаю, что сюжет будет таким:
Купите мой результат:
Форма функции выглядит правильно, но она намного уже, чем ожидалось. Я подозреваю, что возникла проблема с тем, как я вычисляю или масштабирую x_range
в своей fourier_inverse
функции.
Что я делаю не так в своей реализации и как я могу исправить масштабирование по оси X, чтобы получить ожидаемую функцию Гаусса e^(-x^2)?
Похоже, вы используете частоту по оси X, когда ожидаете угловую частоту. Вам следует изменить свои вычисления x_range
следующим образом:
x_range = 2 * np.pi * np.fft.ifftshift(np.fft.fftfreq(n, d=delta_omega))
После этого изменения результирующий график будет выглядеть следующим образом: