详解python实现小波变换的一个简单例子

 更新时间:2019年07月18日 09:14:14   作者:weixin_33888907  
这篇文章主要介绍了详解python实现小波变换的一个简单例子,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

最近工作需要,看了一下小波变换方面的东西,用python实现了一个简单的小波变换类,将来可以用在工作中。

简单说几句原理,小波变换类似于傅里叶变换,都是把函数用一组正交基函数展开,选取不同的基函数给出不同的变换。例如傅里叶变换,选择的是sin和cos,或者exp(ikx)这种复指数函数;而小波变换,选取基函数的方式更加灵活,可以根据要处理的数据的特点(比如某一段上信息量比较多),在不同尺度上采用不同的频宽来对已知信号进行分解,从而尽可能保留多一点信息,同时又避免了原始傅里叶变换的大计算量。以下计算采用的是haar基,它把函数分为2段(A1和B1,但第一次不分),对第一段内相邻的2个采样点进行变换(只考虑A1),变换矩阵为

sqrt(0.5)       sqrt(0.5)

sqrt(0.5)        -sqrt(0.5)

变换完之后,再把第一段(A1)分为两段,同样对相邻的点进行变换,直到无法再分。

下面直接上代码

Wavelet.py

import math
 
class wave:
  def __init__(self):
    M_SQRT1_2 = math.sqrt(0.5)
    self.h1 = [M_SQRT1_2, M_SQRT1_2]
    self.g1 = [M_SQRT1_2, -M_SQRT1_2]
    self.h2 = [M_SQRT1_2, M_SQRT1_2]
    self.g2 = [M_SQRT1_2, -M_SQRT1_2]
    self.nc = 2
    self.offset = 0
 
  def __del__(self):
    return
 
class Wavelet:
  def __init__(self, n):
    self._haar_centered_Init()
    self._scratch = []
    for i in range(0,n):
      self._scratch.append(0.0)
    return
    
  def __del__(self):
    return
    
  def transform_inverse(self, list, stride):
    self._wavelet_transform(list, stride, -1)
    return
    
  def transform_forward(self, list, stride):
    self._wavelet_transform(list, stride, 1)
    return
    
  def _haarInit(self):
    self._wave = wave()
    self._wave.offset = 0
    return
    
  def _haar_centered_Init(self):
    self._wave = wave()
    self._wave.offset = 1
    return
    
  def _wavelet_transform(self, list, stride, dir):
    n = len(list)
    if (len(self._scratch) < n):
      print("not enough workspace provided")
      exit()
    if (not self._ispower2(n)):
      print("the list size is not a power of 2")
      exit()
    
    if (n < 2):
      return
 
    if (dir == 1): # 正变换
      i = n
      while(i >= 2):
        self._step(list, stride, i, dir)
        i = i>>1
       
    if (dir == -1):  # 逆变换
      i = 2
      while(i <= n):
        self._step(list, stride, i, dir)
        i = i << 1
    return
    
  def _ispower2(self, n):
    power = math.log(n,2)
    intpow = int(power)
    intn = math.pow(2,intpow)
    if (abs(n - intn) > 1e-6):
      return False
    else:
      return True
      
  def _step(self, list, stride, n, dir):
    for i in range(0, len(self._scratch)):
      self._scratch[i] = 0.0
    
    nmod = self._wave.nc * n
    nmod -= self._wave.offset
    n1 = n - 1
    nh = n >> 1
    
    if (dir == 1): # 正变换
      ii = 0
      i = 0
      while (i < n):
        h = 0
        g = 0
        ni = i + nmod
        for k in range(0, self._wave.nc):
          jf = n1 & (ni + k)
          h += self._wave.h1[k] * list[stride*jf]
          g += self._wave.g1[k] * list[stride*jf]
        self._scratch[ii] += h
        self._scratch[ii + nh] += g
        i += 2
        ii += 1
    
    if (dir == -1):  # 逆变换
      ii = 0
      i = 0
      while (i < n):
        ai = list[stride*ii]
        ai1 = list[stride*(ii+nh)]
        ni = i + nmod
        for k in range(0, self._wave.nc):
          jf = n1 & (ni + k)
          self._scratch[jf] += self._wave.h2[k] * ai + self._wave.g2[k] * ai1
        i += 2
        ii += 1
        
    for i in range(0, n):
      list[stride*i] = self._scratch[i]

测试代码如下:

test.py

import math
import Wavelet
 
waveletn = 256
waveletnc = 20  #保留的分量数
wavelettest = Wavelet.Wavelet(waveletn)
waveletorigindata = []
waveletdata = []
for i in range(0, waveletn):
  waveletorigindata.append(math.sin(i)*math.exp(-math.pow((i-100)/50,2))+1)
  waveletdata.append(waveletorigindata[-1])
  
Wavelet.wavelettest.transform_forward(waveletdata, 1)
newdata = sorted(waveletdata, key = lambda ele: abs(ele), reverse=True)
for i in range(waveletnc, waveletn):  # 筛选出前 waveletnc个分量保留
  for j in range(0, waveletn):
    if (abs(newdata[i] - waveletdata[j]) < 1e-6):
      waveletdata[j] = 0.0
      break
  
Wavelet.wavelettest.transform_inverse(waveletdata, 1)
waveleterr = 0.0
for i in range(0, waveletn):
  print(waveletorigindata[i], ",", waveletdata[i])
  waveleterr += abs(waveletorigindata[i] - waveletdata[i])/abs(waveletorigindata[i])
print("error: ", waveleterr/waveletn)

当waveletnc = 20时,可得到下图,误差大约为2.1

当waveletnc = 100时,则为下图,误差大约为0.04

当waveletnc = 200时,得到下图,误差大约为0.0005

 以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

相关文章

  • python datetime模块详解

    python datetime模块详解

    Python中常用于时间的模块有time、datetime 和 calendar,顾名思义 time 是表示时间(时、分、秒、毫秒)等,calendar 是表示日历时间的,本章先讨论 datetime 模块,需要的朋友可以参考下
    2022-06-06
  • scipy稀疏数组dok_array的具体使用

    scipy稀疏数组dok_array的具体使用

    本文主要介绍了scipy稀疏数组dok_array的具体使用,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2023-02-02
  • python生成IP段的方法

    python生成IP段的方法

    这篇文章主要介绍了python生成IP段的方法,涉及Python文件读写及随机数操作的相关技巧,具有一定参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
    2015-07-07
  • Python如何匹配文本并在其上一行追加文本

    Python如何匹配文本并在其上一行追加文本

    这篇文章主要介绍了Python如何匹配文本并在其上一行追加文本,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教
    2022-05-05
  • 浅谈flask截获所有访问及before/after_request修饰器

    浅谈flask截获所有访问及before/after_request修饰器

    这篇文章主要介绍了浅谈flask截获所有访问及before/after_request修饰器,具有一定借鉴价值,需要的朋友可以参考下
    2018-01-01
  • Python图像处理之目标物体轮廓提取的实现方法

    Python图像处理之目标物体轮廓提取的实现方法

    目标物体的轮廓实质是指一系列像素点构成,这些点构成了一个有序的点集,这篇文章主要给大家介绍了关于Python图像处理之目标物体轮廓提取的实现方法,需要的朋友可以参考下
    2021-08-08
  • Python全栈之学习MySQL(3)

    Python全栈之学习MySQL(3)

    这篇文章主要为大家介绍了Python全栈之MySQL,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下,希望能够给你带来帮助
    2022-01-01
  • matplotlib 范围选区(SpanSelector)的使用

    matplotlib 范围选区(SpanSelector)的使用

    这篇文章主要介绍了matplotlib 范围选区(SpanSelector)的使用,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2021-02-02
  • Python3爬虫中关于中文分词的详解

    Python3爬虫中关于中文分词的详解

    在本篇文章里小编给大家整理的是关于Python3爬虫中关于中文分词的详解内容,需要的朋友们可以参考下。
    2020-07-07
  • 微信跳一跳游戏python脚本

    微信跳一跳游戏python脚本

    这篇文章主要为大家详细介绍了微信跳一跳游戏python脚本,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2018-01-01

最新评论