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excel标准偏差-Excel数据分析——用欧拉公式简化傅里叶变换结果

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提前声明,今天的内容可以结合多个前篇来看,有一定基础或刚好有这需求的也可以单独看这篇,下附前文链接


傅里叶变换:https://www.toutiao.com/i6606142938932052484/


复数计算:https://www.toutiao.com/i6610278850087617031/


欧拉公式:https://www.toutiao.com/i6610573355311432206/


今天要干的事情主要是在推导公式,是我本人一向拒绝的,但是没办法,要是不把中间过程记下来的话,现在还是上帝和我知道这玩意儿是怎么回事,再过几个月就只剩上帝知道这是怎么回事


要是实在不想看过程的亲们,可以选择性忽略一些步骤看最下面的结果,


Excel中的计算公式我都有列出来,想验证的也请便,只是请注意下Excel中的圆周率计算位数有限,最后的计算结果在小数点大概8位以后会有点小偏差


-------------推导开始--------------


假如我们有个变换出来的复数f,还有它对应的周期数t和总行数N


按之前复数计算那篇里的方式,如果我们要把它变成一个y=acos(bx+c)的公式,要先换算出一下的相关数据


由于x是个变量,为了方便边做边看结果,这里我先放个x=1的情况,公式全部完成后可以多改几次x值验证一下


首先,由于欧拉公式e^(xi)=cos(x)+isin(x),说明cos(x)应该等于e^(xi)取实部


那么a*cos(bx+c)应该就等于a*e^(bx+c)i,根据指数的算法,可以单独把e^(ci)拿出来


那为什么要单独取出e^(ci)呢?请见下图


是不是有点小意外?e^(ci)*复数模A竟然可以直接变回到原来的傅里叶变换结果复数f上


因此,复数f*2/总行数N=振幅a* e^(ci)


代回原来的式子变成下面这样:


这时,我们已经可以跳过单独计算振幅和相位,直接用两个复数相乘取实部就能得到跟cos公式一样的结果


但是,这样就算满意了么?不,咱还可以在整整


把剩下的e^(bxi)用欧拉公式转换一次


e^(bxi)=cos(bx)+isin(bx)


从Excel的帮助文件里找到,两个复数乘积的计算公式如下:


由于最终结果我们其实只要实部,所以只要上式中(ac-bd)那个部分就好了


最终转成了这样:


连起来就是y=acos(bx+c)=2/N*(f实部*cos(bx)-f虚部*sin(bx)),其中b是周期数t/总行数N*2pi()


看起来有没有比原来好点?


最后上个全家福:


搞定,收工~~~


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