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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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高速フーリエ変換(FFT)
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対称性の利用
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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
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ExcelのFFT 32データにしましょう
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xをつくる
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これを例にしてみます
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mの作成
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データ分析の利用
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入力データを選択
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出力先を決める
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フーリエ分析
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フーリエ係数の計算
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フーリエ係数の作成
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フーリエ係数
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わかりやすい例 a1=1 それ以外は0
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FFTの結果 OK! ?
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m=31の正体 エイリアシング
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信号解析 まず、1周期分を取り出す
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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
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信号の作成 n=100まで
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n=0から31まで貼り付ける
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n=8からn=39まで貼り付ける
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n=12からn=43まで貼り付ける
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それぞれをフーリエ解析してみる やはり 結果が違う
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ノルム/(データ数/2) を計算してみる ノルムは 同じになる
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周期の取り出しについて
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こういう波が連続していると 解釈できる
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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
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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
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1周期分切り出す 周期は3.2秒 0秒から3.1秒まで
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フーリエ解析の準備 周期
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フーリエ解析とノルムの計算
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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
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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
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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
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周期:約4.19秒 周波数0.239[Hz] 周期:約2.51秒 周波数:0.398[Hz]
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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
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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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