python中numpy.fft如何使用?

冷炫風刃
发布: 2025-11-24 23:38:02
原创
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NumPy中的numpy.fft模块用于计算快速傅里叶变换,可将信号从时域转换到频域以分析频率成分。1. 一维FFT使用numpy.fft.fft对一维数组进行变换,返回复数数组,结合np.fft.fftfreq生成频率轴,利用np.abs获取幅度谱,常用于音频、振动等周期性信号分析。

python中numpy.fft如何使用?

NumPy中的numpy.fft模块用于计算快速傅里叶变换(FFT),可以将信号从时域转换到频域。使用它可以帮助你分析信号的频率成分,比如音频、振动或周期性数据。

1. 一维FFT:numpy.fft.fft

最基本的用法是numpy.fft.fft,对一维数组进行傅里叶变换。

示例:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
<h1>生成一个含两个频率成分的信号</h1><p>t = np.linspace(0, 2, 500)
signal = np.sin(2 <em> np.pi </em> 5 <em> t) + 0.5 </em> np.sin(2 <em> np.pi </em> 10 * t)</p><h1>计算FFT</h1><p>fft_result = np.fft.fft(signal)
freqs = np.fft.fftfreq(len(t), d=t[1] - t[0])  # 获取对应频率</p><h1>只画正频率部分</h1><p>plt.plot(freqs[:len(freqs)//2], np.abs(fft_result[:len(freqs)//2]))
plt.xlabel('Frequency (Hz)')
plt.ylabel('Amplitude')
plt.show()</p>
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说明:
- np.fft.fft 返回复数数组,包含幅度和相位信息。
- np.fft.fftfreq 生成对应的频率数组,需要采样间隔d
- 使用np.abs()获取幅度谱。

2. 频率轴的正确生成

要理解FFT结果的频率分布,必须使用np.fft.fftfreq

立即学习Python免费学习笔记(深入)”;

  • d 是采样时间间隔,例如每0.004秒采一次,则d=0.004

3. 逆FFT:numpy.fft.ifft

如果想从频域回到时域,使用ifft

recovered = np.fft.ifft(fft_result)
print(np.allclose(signal, recovered.real))  # 应输出True
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注意逆变换返回复数,实部才是原始信号。

4. 实数信号优化:rfft

如果输入是实数信号(大多数情况),用np.fft.rfft更高效,只返回非负频率部分。

rfft_result = np.fft.rfft(signal)
r_freqs = np.fft.rfftfreq(len(t), d=t[1]-t[0])
plt.plot(r_freqs, np.abs(rfft_result))
plt.show()
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节省内存且避免负频率冗余。

基本上就这些。核心是fftfftfreqifft和针对实数的rfft/rfftfreq。关键是理解频率轴怎么对应,以及幅度如何解读。不复杂但容易忽略细节。

以上就是python中numpy.fft如何使用?的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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