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グラフPythonでDFT(離散フーリエ変換)

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gymgym

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VBAのプログラムを元に、PythonでDFTを実行したいと考えています。

def dft (x, N):
    X = [0.0] * N
    sr, si = 0,0
    fr, fi = [],[]
    for i in range(N):
        for k in range(N):
            wr = np.cos(2 * np.pi * k * i / N)
            wi = - np.sin(2 * np.pi * k * i / N)
            sr = sr + x[k] * wr
            si = si + x[k] * wi

        fr = sr.real
        fi = si.imag

        X[i] = np.math.sqrt(fr*fr+fi*fi)
    return X

このようなプログラムを以下のVBAのプログラムを参考に作成しました。

Dim inr(16384)
Dim fr(16384), fi(16384)
z = Cells(1, "b") 'sample time
n = Cells(2, "b") 'DATA size
'Data Read
For i = 0 To n - 1
inr(i) = Cells(i + 3, 2)
Next i
Pi = 3.14159265358979
'DFT
For i = 0 To n - 1
sr = 0
si = 0
For k = 0 To n - 1
wr = Cos(2 * Pi * k * i / n)
wi = -Sin(2 * Pi * k * i / n)
sr = sr + inr(k) * wr
si = si + inr(k) * wi
Next k
fr(i) = sr 'Re
fi(i) = si 'Im
Next i
'Data Out
For i = 0 To n - 1
Cells(i + 2, 4) = i / z / n
Cells(i + 2, 5) = Sqr(fr(i) * fr(i) + fi(i) * fi(i)) / n
Next i

自作のpythonのグラフは、
イメージ説明

VBAは、
イメージ説明

自分で考えたPythonのプログラムが同じように実行できません。
どこで違ってきているのでしょうか。

また、

fr(i) = sr 'Re
fi(i) = si 'Im


これをPyhtonでどのように表現したら良いかがわかっていません

よろしくお願いいたいます。

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回答 2

checkベストアンサー

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離散フーリエ変換は以下のものになります。
もとのVBAのコードでは更に絶対値を取っているように見えます。
そこが振幅が異なる理由だと思われます。

そして横軸ですが、これは別に計算する必要があります。
横軸がずれている理由はそこにあると思われます。

import numpy as np
from scipy import linalg
from pprint import pprint

def dft(x, N):
    X = np.zeros((N,), dtype=np.complex)
    for i in range(N):
        sr, si = 0,0
        for k in range(N):
            wr = np.cos(2 * np.pi * k * i / N)
            wi = - np.sin(2 * np.pi * k * i / N)
            sr = sr + x[k] * wr
            si = si + x[k] * wi
        X[i] = sr + si*1.j
    return X

x = np.linspace(0., np.pi, 100)
y = np.sin(x)
Y = dft(y, len(y))
pprint(Y)
pprint(np.abs(Y))

t = linalg.dft(len(y))
Y = t.dot(y)
pprint(Y)
pprint(np.abs(Y))

勘違いしてました。 また考え直してきます。

X = [0.0] * Nなので全ての要素が同じポインタをシェアしている気がします。 つまりXの要素は中身としては同じもので、1つ書き換えようとしたら、みんな同じように書き換わってしまいます。 X = [0.0 for i in range(N)]とすると一歩前進するかもしれません。

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VBAはほんのちょっと齧ったくらいの知識ですが... かなり違いません?
ちゃんとVBAにもインデントを付けてPython-likeに書くと見比べやすいですよ。

  • srとsiが0に初期化されるタイミングが異なる
  • frへの代入が異なっている (VBAは添え字アクセスしている)

scipy.linalg.dftという関数があるようです。
使い方を調査するのは面倒ですが、既にあるものを使った方がいいですよ。
手間と言うより、単純に実行速度の恩恵が大きいです。

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