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計算のスピードアップ コンピュータでも、sin、cosの計算は大変です 足し算、引き算、掛け算、割り算は早いです

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1 計算のスピードアップ コンピュータでも、sin、cosの計算は大変です 足し算、引き算、掛け算、割り算は早いです

2 高速フーリエ変換(FFT)

3 対称性の利用

4 対称性を利用すると計算速度は 上がるが、データ数に制限が付く
一周(2π)を4分割、8分割、16分割、32分割、64分割、128分割、256分割で考える

5 ExcelのFFT 32データにしましょう

6 xをつくる

7 これを例にしてみます

8

9 mの作成

10 データ分析の利用

11 入力データを選択

12

13 出力先を決める

14

15 フーリエ分析

16 フーリエ係数の計算

17 フーリエ係数の作成

18 フーリエ係数

19 わかりやすい例 a1=1 それ以外は0

20 FFTの結果 OK!

21

22 m=31の正体 エイリアシング

23 信号解析 まず、1周期分を取り出す

24 取り出し方によって、 偶関数、奇関数、どちらでもない関数
それぞれでフーリエ係数も変わってしまう

25 信号の作成 n=100まで

26 n=0から31まで貼り付ける

27 n=8からn=39まで貼り付ける

28 n=12からn=43まで貼り付ける

29 それぞれをフーリエ解析してみる やはり 結果が違う

30 ノルム/(データ数/2) を計算してみる ノルムは 同じになる

31 周期の取り出しについて

32 こういう波が連続していると 解釈できる

33 実際の波では周期が 厳密にわからないこともある
周期の取り方が少しでもおかしいと、結果がめちゃくちゃになるようでは困る

34 周波数を使ったフーリエ解析 データの作成 t:0から0.1刻みで10秒まで

35

36 1周期分切り出す 周期は3.2秒 0秒から3.1秒まで

37 フーリエ解析の準備 周期

38 フーリエ解析とノルムの計算

39 同様に、二周期分を取ってみる 周期は6.4秒 0秒から6.3秒まで

40

41 周波数で見たフーリエ解析の結果 どちらも周波数0.3125[Hz]のところの振幅が1となる。
周波数で考えれば、まちがえて2周期分を1周期としても 問題ない

42 周期に切れ目で うまく切り出せない場合 1周期がどこなのか、わかりにくい 32、64、128などのデータ数にならない

43 周期:約4.19秒 周波数0.239[Hz] 周期:約2.51秒 周波数:0.398[Hz]

44 周期は約12.6秒だが(正確には4π秒) そこで切るとFFTが出来ない

45 周波数0.390625[Hz]の振幅が1.919211 周波数0.234375[Hz]の振幅が1.051395 まあまあ合っている 正解は


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