如何利用希尔伯特黄变换的边际谱熵进行特征提取,给出利用希尔伯特黄变换进行边际谱熵提取的代码

时间: 2023-06-11 22:06:32 浏览: 101
希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)是一种用于非平稳信号分析的方法,其基本思想是将原始信号分解为一组本征模态函数(Empirical Mode Decomposition, EMD)和一条残差曲线。边际谱熵(Marginal Spectral Entropy, MSE)是一种用于信号特征提取的方法,可以通过HHT分解后的本征模态函数计算得到。 以下是利用Python实现HHT和MSE提取的代码示例: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.signal import hilbert from scipy.integrate import simps # 定义EMD函数 def emd(s): # 定义一个停止条件 def stop(x): return np.std(x) < 0.1 * np.mean(np.abs(x)) # 初始化 h = s sd = 1 while sd > 0.1: # 计算均值线 m = np.mean(h) # 计算上包络线 u = h.copy() u[u < m] = m # 计算下包络线 d = h.copy() d[d > m] = m # 计算均值线与上、下包络线的平均值 m1 = 0.5 * (u + d) # 计算细节信号 d1 = h - m1 if stop(d1): break # 更新h h = d1.copy() sd = np.std(h) return h # 定义HHT函数 def hht(s): # 初始化 h = s n = 0 # EMD分解 while np.abs(np.mean(h)) > 0.0001: # 计算分解后的本征模态函数 d = emd(h) # 计算分解后的残差曲线 h = h - d # 计算希尔伯特变换 ht = hilbert(d) # 计算瞬时频率 w = np.angle(ht) # 计算瞬时振幅 a = np.abs(ht) # 计算瞬时周期 p = np.diff(w) # 将周期补充到原始长度 p = np.hstack((p, p[-1])) # 计算瞬时频率的标准差 std = np.std(p) # 标准化 if std > 0: p = (p - np.mean(p)) / std else: p = np.zeros_like(p) # 保存瞬时频率和瞬时振幅 if n == 0: instfreq = w instamp = a instphase = np.zeros_like(w) instperiod = p else: instfreq = np.vstack((instfreq, w)) instamp = np.vstack((instamp, a)) instphase = np.vstack((instphase, np.zeros_like(w))) instperiod = np.vstack((instperiod, p)) n += 1 return instfreq, instamp, instphase, instperiod # 定义计算MSE函数 def mse(s): # 计算HHT分解 instfreq, instamp, _, _ = hht(s) # 计算边际谱 marginal_spectrum = np.sum(instamp ** 2, axis=0) # 计算边际密度函数 marginal_density = marginal_spectrum / np.sum(marginal_spectrum) # 计算边际谱熵 mse = -simps(marginal_density * np.log(marginal_density), dx=1 / len(marginal_density)) return mse # 示例使用 s = np.random.randn(1000) m = mse(s) print('MSE:', m) plt.plot(s) plt.show() ``` 代码中首先定义了EMD函数和HHT函数,然后定义了计算MSE的函数。最后,示例使用随机信号生成了一个长度为1000的信号并计算了其MSE值,同时绘制了信号的图形。 需要注意的是,HHT和MSE对信号的要求比较高,需要确保信号是非平稳的。

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