方波的分解和再现python

时间: 2023-06-17 18:04:05 浏览: 54
方波可以通过傅里叶级数进行分解和再现,下面给出一个Python实现: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义方波函数 def square_wave(x, duty=0.5): x = np.mod(x, 2*np.pi) / (2*np.pi) return 2*(x <= duty) - 1 # 计算傅里叶级数系数 def fourier_coefficients(n_max, duty=0.5): a0 = np.mean(square_wave(np.linspace(0, 2*np.pi, 1000), duty=duty)) an = np.zeros(n_max) bn = np.zeros(n_max) for n in range(1, n_max+1): integrand_cos = lambda x: square_wave(x, duty=duty) * np.cos(n*x) integrand_sin = lambda x: square_wave(x, duty=duty) * np.sin(n*x) an[n-1] = 2*np.pi * (1/np.pi) * np.trapz(integrand_cos(np.linspace(0, 2*np.pi, 1000)), dx=2*np.pi/1000) bn[n-1] = 2*np.pi * (1/np.pi) * np.trapz(integrand_sin(np.linspace(0, 2*np.pi, 1000)), dx=2*np.pi/1000) return a0, an, bn # 计算傅里叶级数的和 def fourier_series(x, a0, an, bn, n_max): f = a0/2 for n in range(1, n_max+1): f += an[n-1] * np.cos(n*x) + bn[n-1] * np.sin(n*x) return f # 绘制原始方波和傅里叶级数分解的结果 x = np.linspace(0, 2*np.pi, 1000) f = square_wave(x) a0, an, bn = fourier_coefficients(n_max=10) f_fourier = fourier_series(x, a0, an, bn, n_max=10) plt.plot(x, f, label='Square Wave') plt.plot(x, f_fourier, label='Fourier Series') plt.legend() plt.show() ``` 上述代码中,`square_wave`函数定义了方波函数,`fourier_coefficients`函数计算傅里叶级数系数,`fourier_series`函数计算傅里叶级数的和,最终绘制出原始方波和傅里叶级数分解的结果。

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