经验模态分解 matlab代码

时间: 2023-09-21 09:04:53 浏览: 39
以下是一个用MATLAB实现经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)的代码示例: ```matlab function [IMFs, residue] = emd(signal) N = length(signal); IMFs = []; residue = signal; while true % 计算极值点 maxima = islocalmax(residue); minima = islocalmin(residue); % 找到极大值和极小值的索引 maxima_idx = find(maxima); minima_idx = find(minima); % 如果无极值点或者只有一个极值点,则终止分解 if isempty(maxima_idx) || isempty(minima_idx) || length(maxima_idx) < 2 || length(minima_idx) < 2 break; end % 构造上包络和下包络 upper_env = interp1(maxima_idx, residue(maxima), 1:N, 'pchip'); lower_env = interp1(minima_idx, residue(minima), 1:N, 'pchip'); % 计算平均包络 mean_env = (upper_env + lower_env) / 2; % 计算当前IMF IMF = residue - mean_env; % 判断当前IMF是否是物理意义上的IMF if isimf(IMF) IMFs = [IMFs; IMF]; residue = residue - IMF; else break; end end end % 判断是否为IMF的辅助函数 function flag = isimf(signal) N = length(signal); % 计算零交叉点数 zero_crossings = 0; for i = 2:N-1 if (signal(i) > 0 && signal(i+1) < 0) || (signal(i) < 0 && signal(i+1) > 0) zero_crossings = zero_crossings + 1; end end % 计算信号的振幅 amplitude = sum(abs(hilbert(signal))); % 判断条件 flag = zero_crossings <= 2 && amplitude > 0.01 * N; end ``` 使用上述代码,你可以将信号作为输入参数传递给`emd`函数,并获得经验模态分解后的各个IMF(Intrinsic Mode Function)和残差信号。例如: ```matlab % 示例:使用EMD分解信号 signal = % 这里填入你想要分解的信号 [IMFs, residue] = emd(signal); % 打印出IMFs和残差信号 disp('IMFs:'); for i = 1:size(IMFs, 1) disp(['IMF ', num2str(i)]); disp(IMFs(i, :)); end disp('Residue:'); disp(residue); ``` 请确保在代码中填入你自己的信号,然后运行代码即可得到相应的IMFs和残差信号。希望这能帮助到你!

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以下是经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的MATLAB代码示例: function [IMF,Residual] = emd(x) % EMD: Empirical mode decomposition % [IMF,Residual] = EMD(x) % input: % x - input signal (1-D vector) % output: % IMF - intrinsic mode functions (matrix) % Residual - residual signal (1-D vector) % Reference: Huang et al., "The empirical mode decomposition and the % Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis", % Proc. R. Soc. Lond. A, 1998 % initialization IMF = []; % intrinsic mode functions Residual = x; % residual signal N = length(x); % length of input signal % EMD while (1) % find local extrema maxtab = []; % maximum points mintab = []; % minimum points for i=2:N-1 if (x(i)>x(i-1) && x(i)>x(i+1)) maxtab = [maxtab; i x(i)]; end if (x(i)<x(i-1) && x(i)<x(i+1)) mintab = [mintab; i x(i)]; end end if (length(maxtab)<2 || length(mintab)<2) break; end % create upper and lower envelopes x1 = zeros(N,1); x2 = zeros(N,1); maxidx = maxtab(:,1); maxval = maxtab(:,2); minidx = mintab(:,1); minval = mintab(:,2); x1(maxidx) = maxval; x2(minidx) = minval; p1 = interp1(maxidx,maxval,1:N,'spline'); p2 = interp1(minidx,minval,1:N,'spline'); upper = (p1+p2)/2; lower = upper; upper(p1p2) = p2(p1>p2); % calculate mean of envelopes mean_env = (upper+lower)/2; % calculate difference between signal and mean envelope d = x-mean_env; % check for IMF if (isempty(find(maxtab(:,1)<N/2,1))) && (isempty(find(mintab(:,1)<N/2,1))) IMF = [IMF d]; Residual = Residual - d; x = d; else break; end end % add residual to IMF IMF = [IMF Residual]; end 该函数接受一个输入信号x,并返回其分解成的所有IMF和剩余信号Residual。该代码的基本思想是将信号分解成一系列内禀模态函数(IMF),每个IMF是一个振荡函数,其带宽随着频率的增加而减小,因此它可以看作是信号中不同频率的分量。最后的残差信号是最低频率的分量。 以下是使用该函数对信号进行EMD的示例: % generate test signal t = linspace(0,1,1000); x = cos(2*pi*20*t) + sin(2*pi*50*t) + randn(size(t)); % perform EMD [IMF,Residual] = emd(x); % plot results figure; subplot(length(IMF)+1,1,1); plot(t,x); title('Original signal'); ylabel('Amplitude'); for i=1:length(IMF) subplot(length(IMF)+1,1,i+1); plot(t,IMF(:,i)); title(['IMF ' num2str(i)]); ylabel('Amplitude'); end subplot(length(IMF)+1,1,length(IMF)+1); plot(t,Residual); title('Residual signal'); ylabel('Amplitude'); xlabel('Time (s)'); 该示例生成一个包含三个频率分量的测试信号,并使用emf函数将其分解成IMF和Residual信号。最后,它绘制了原始信号、每个IMF和残差信号的图形。
以下是一份简单的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的MATLAB代码: matlab function [IMF,residual] = emd(x) % EMD - Empirical Mode Decomposition % USAGE: [IMF,residual] = emd(x) % % INPUT: % x - input signal (must be a column vector) % % OUTPUT: % IMF - matrix of intrinsic mode functions (each as a row) % residual - residual signal % % Reference: Huang et al., "The empirical mode decomposition and the % Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis," % Proc. R. Soc. Lond. A, Vol. 454, pp. 903-995, 1998. % Set stopping criterion epsilon = 0.1; % Initialize variables t = 0; IMF = []; h = x; % Loop until stopping criterion is satisfied while (sum(abs(h)) > epsilon) t = t + 1; % Find local extrema maxs = find((h(2:end-1) > h(1:end-2)) & (h(2:end-1) > h(3:end))) + 1; mins = find((h(2:end-1) < h(1:end-2)) & (h(2:end-1) < h(3:end))) + 1; % If there are no extrema, just set the residual to be the input if isempty(maxs) || isempty(mins) residual = h; break; end % Make sure maxs and mins start with a max and min respectively if maxs(1) < mins(1) maxs = [1; maxs]; end if mins(1) < maxs(1) mins = [1; mins]; end % Make sure maxs and mins end with a max and min respectively if maxs(end) < mins(end) mins = [mins; length(h)]; end if mins(end) < maxs(end) maxs = [maxs; length(h)]; end % Make the envelopes upper = spline(maxs,h(maxs),1:length(h)); lower = spline(mins,h(mins),1:length(h)); % Find the average envelope mean_env = (upper + lower) / 2; % Extract the IMF IMF(t,:) = h - mean_env; % Update the signal for the next iteration h = mean_env; end % Set the residual residual = x - sum(IMF); end 这个代码实现了EMD的基本过程,将输入信号分解成一组基本模态函数(IMF),并返回剩余信号(residual)。需要注意的是,EMD是一种迭代算法,停止准则(上述代码中为epsilon)的选择会影响分解结果的质量。
完全集合经验模态分解(EEMD)的Matlab代码如下: matlab function allmode = eemd(Y, Nstd, NE) xsize = length(Y); dd = 1:1:xsize; Ystd = std(Y); Y = Y / Ystd; TNM = fix(log2(xsize)) - 1; TNM2 = TNM * 2; for kk = 1:1:TNM2 for ii = 1:1:xsize allmode(ii, kk) = 0.0; end end for iii = 1:1:NE for i = 1:xsize temp = randn(1, 1) * Nstd; X1(i) = Y(i) + temp; end for jj = 1:1:xsize mode(jj, 1) = Y(jj); end xorigin = X1; xend = xorigin; nmode = 1; while nmode <= TNM xstart = xend; iter = 1; while iter <= 10 [spmax, spmin, flag = extrema(xstart); upper = spline(spmax(:, 1), spmax(:, 2), dd); lower = spline(spmin(:, 1), spmin(:, 2), dd); mean_ul = (upper + lower) / 2; xstart = xstart - mean_ul; iter = iter + 1; end xend = xend - xstart; nmode = nmode + 1; for jj = 1:1:xsize mode(jj, nmode) = xstart(jj); end end for jj = 1:1:xsize mode(jj, nmode + 1) = xend(jj); end allmode = allmode + mode; end allmode = allmode / NE; allmode = allmode * Ystd; end 这段代码实现了完全集合经验模态分解(EEMD),其中Y是输入信号,Nstd是附加的白噪声的标准差,NE是进行EEMD的次数。代码首先对输入信号进行标准化处理,然后根据指定的噪声标准差和EEMD次数进行循环操作。在每次循环中,会生成一个包含附加噪声的新信号,并使用改进的EMD方法进行模态分解。最后,将所有的模态分量累加得到最终的结果。请注意,为了运行这段代码,你需要在Matlab环境中安装相关的工具包和函数(如spline和extrema)。123 #### 引用[.reference_title] - *1* [EEMD集合经验模态分解matlab程序代码](https://download.csdn.net/download/weixin_42956898/11062087)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v93^chatsearchT3_2"}}] [.reference_item style="max-width: 50%"] - *2* *3* [EMD/EEMD 经验模态分解/集合经验模态分解](https://blog.csdn.net/weixin_46062179/article/details/120077165)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v93^chatsearchT3_2"}}] [.reference_item style="max-width: 50%"] [ .reference_list ]
变分经验模态分解(VEMD)是一种信号分解方法,它可以将信号分解为一系列本征模态函数(EMD)和一个残差项。相比于传统的EMD方法,VEMD可以通过引入变分原理来提高EMD的稳定性和精度。 下面是使用MATLAB进行VEMD的示例代码: % 加载信号 load('signal.mat'); % 设置VEMD参数 num_sifts = 10; % EMD分解的层数 alpha = 0.1; % 残差项的平滑系数 lambda = 0.01; % 正则化系数 % 进行VEMD分解 [vemd_imfs, residual] = vemdecomp(signal, num_sifts, alpha, lambda); % 绘制分解结果 figure; subplot(num_sifts+1,1,1); plot(signal); title('Original Signal'); for i=1:num_sifts subplot(num_sifts+1,1,i+1); plot(vemd_imfs(i,:)); title(sprintf('IMF%d',i)); end subplot(num_sifts+1,1,num_sifts+2); plot(residual); title('Residual'); % 定义VEMD函数 function [imfs, residual] = vemdecomp(signal, num_sifts, alpha, lambda) % signal: 待分解的信号 % num_sifts: EMD分解的层数 % alpha: 残差项的平滑系数 % lambda: 正则化系数 % 初始化 imfs = zeros(num_sifts,length(signal)); % 存储分解出的IMF residual = signal; % 存储残差项 % 进行VEMD分解 for i=1:num_sifts % 计算当前IMF [imf, residual] = emd(residual); imf = smooth(imf,alpha); % 平滑IMF imfs(i,:) = imf; % 正则化IMF imf_norm = norm(imf); if imf_norm > 0 imf = imf / imf_norm; end % 计算残差项的正则化项 residual_norm = norm(residual); if residual_norm > 0 residual_reg = lambda * residual / residual_norm; else residual_reg = zeros(size(residual)); end % 更新残差项 residual = residual - imf + residual_reg; end end % 定义EMD函数 function [imf, residual] = emd(signal) % signal: 待分解的信号 imf = []; % 存储分解出的IMF residual = signal; % 存储残差项 while true % 计算上包络和下包络 upper_env = get_upper_envelope(residual); lower_env = get_lower_envelope(residual); % 计算当前IMF imf_curr = (upper_env + lower_env) / 2; % 计算残差项 residual = residual - imf_curr; % 判断是否收敛 if isempty(imf) || norm(imf_curr - imf(end,:)) > 0.1 * std(signal) imf = [imf; imf_curr]; else break; end end end % 定义获取上包络的函数 function upper_env = get_upper_envelope(signal) % signal: 待计算上包络的信号 upper_env = zeros(size(signal)); for i=2:length(signal)-1 if signal(i) > signal(i-1) && signal(i) > signal(i+1) upper_env(i) = signal(i); else upper_env(i) = max(upper_env(i-1),upper_env(i+1)); end end end % 定义获取下包络的函数 function lower_env = get_lower_envelope(signal) % signal: 待计算下包络的信号 lower_env = zeros(size(signal)); for i=2:length(signal)-1 if signal(i) < signal(i-1) && signal(i) < signal(i+1) lower_env(i) = signal(i); else lower_env(i) = min(lower_env(i-1),lower_env(i+1)); end end end % 定义平滑函数 function signal_smooth = smooth(signal,alpha) % signal: 待平滑的信号 % alpha: 平滑系数 signal_smooth = signal; for i=2:length(signal)-1 signal_smooth(i) = alpha * signal(i) + (1-alpha) * (signal_smooth(i-1) + signal_smooth(i+1)) / 2; end end 其中,使用了MATLAB自带的load函数加载了一个.mat文件中的信号数据,然后通过调用vemdecomp函数进行VEMD分解,最后绘制了分解结果。vemdecomp函数中调用了emd函数进行EMD分解,并在每一次分解后进行了平滑和正则化操作。emd函数中分别调用了get_upper_envelope和get_lower_envelope函数计算上包络和下包络,然后计算当前IMF和残差项,并在每一次迭代后判断是否收敛。最后,定义了一个smooth函数进行平滑操作。
以下是使用MATLAB进行图像二维经验模态分解的步骤: 1. 加载图像:使用imread函数加载需要进行经验模态分解的图像。 2. 图像预处理:对图像进行预处理,如灰度化、归一化等。 3. 构造数据矩阵:将预处理后的图像转化为数据矩阵。 4. 二维经验模态分解:使用emd2函数进行二维经验模态分解,得到分解后的各个分量。 5. 分量重构:将分解得到的各个分量进行重构,得到原始图像的近似。 下面是一个示例代码,演示如何使用MATLAB进行图像二维经验模态分解: matlab % 加载图像 img = imread('lena.png'); % 灰度化 img_gray = rgb2gray(img); % 归一化 img_norm = double(img_gray) / 255; % 构造数据矩阵 data = img_norm; % 二维经验模态分解 [imf, residual] = emd2(data); % 分量重构 img_recon = sum(imf, 3) + residual; % 显示结果 subplot(1, 2, 1); imshow(img_norm); title('原始图像'); subplot(1, 2, 2); imshow(img_recon); title('经验模态分解重构图像'); 在这个示例代码中,我们首先加载了一张lena.png的彩色图像,并将其转化为灰度图像。接着,对灰度图像进行了归一化处理,将像素值缩放到了0~1之间。然后,将归一化后的图像数据作为输入,使用emd2函数进行二维经验模态分解,并得到分解后的各个分量和残差。最后,将分解得到的各个分量进行重构,得到原始图像的近似。最后,我们将原始图像和重构后的图像进行了对比显示。 需要注意的是,以上示例代码只是一个简单的演示,实际使用时需要根据具体情况进行适当的参数调整和优化。
MATLAB中的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)是一种信号处理方法,用于将非线性和非平稳信号分解成一组称为本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,简称IMF)的成分。这些IMF是原始信号的本征特征,可以用于分析和描述信号的不同频率和振幅成分。 在MATLAB中,可以使用emd函数来执行经验模态分解。以下是一个简单的例子,演示如何使用EMD对信号进行分解: matlab % 假设有一个包含非线性和非平稳成分的信号x x = ... % 输入信号 % 执行经验模态分解 imf = emd(x); % 绘制分解后的IMF figure; for i = 1:size(imf, 1) subplot(size(imf, 1), 1, i); plot(imf(i, :)); title(['IMF ', num2str(i)]); end % 绘制原始信号和所有IMF的叠加 figure; subplot(size(imf, 1)+1, 1, 1); plot(x); title('原始信号'); for i = 1:size(imf, 1) subplot(size(imf, 1)+1, 1, i+1); plot(cumsum(imf(i, :))); % 将IMF累积求和以显示叠加效果 title(['IMF ', num2str(i)]); end 这段代码将原始信号进行EMD分解,并绘制出每个IMF的图像。最后,还绘制了原始信号和所有IMF叠加的图像,以显示分解后的信号。 请注意,EMD是一种迭代方法,每次迭代都会生成一个新的IMF。这意味着结果可能因初始信号和迭代次数的不同而有所不同。因此,在使用EMD时,需要根据具体问题进行调整和优化。 希望这个例子能帮助你开始使用MATLAB进行经验模态分解。如有任何问题,请随时向我提问!

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