卷积

以上来自知乎:通俗理解卷积,本人尊重版权,仅作为笔记用

卷积就是以一个函数为输入函数,在输入函数每个点上,以输入函数为系数叠加位移了的响应函数,最终得到的函数。

在输入信号的每个位置,加一个单位响应,就得到了输出信号。

在打游戏的时候,假设你对敌方英雄造成了一次攻击。攻击的效果是,地方英雄会在接下来5秒内持续增长的掉血。每秒掉血分别为1 2 3 4 5;那么你在0秒的时候攻击了一下敌方英雄,敌方英雄的掉血情况为:

抽象一下。假设x[k]是一个单位信号(一次攻击),即仅当k=0时x(k) = 1.假设把这个信号输入到一个系统里面得到的响应为h[n]:

同样,假设你在第2秒对地方英雄进行了攻击,则敌方英雄会在地2-7秒持续掉血。

由于攻击不是在第0秒,而是在第二秒,因此,产生伤害也是从第二秒开始。使用函数位移的想法了解释,则本来第0秒产生的伤害右移了两个单位,变成了h[n-2]:

那么,如果第0秒和第2秒都进行了攻击,伤害是怎样的呢?当然是第0秒的伤害加上第2秒的伤害,即:

那么,对于任意形式的攻击x[k],很容易推广到,产生的伤害y[n]计算方法为:

这就是卷积的公式。解释很简单,就是对任意的攻击x[k],产生的伤害就是,把所有k时刻的攻击产生的伤害h[n-k]都叠加起来了。

那么,如果我想知道,对与任意的攻击方式,敌方英雄某一秒(比如第3秒)受到的伤害是怎样的呢?

即,对于输入x[k],任意一个y[n]点的伤害是怎样的呢?

我把不同k时候的关于n的函数h[n-k]全部画出来。如上图中不同的纵轴表示。那第三秒敌方英雄收到的伤害y[3]等于x(0) h(3)+ x(1) h(3-1)+ x(2) h(3-2)+ x(3) h(3-3).

注意!!!在上图的表示中,我并未直接计算 ,而是将其表示为不同的函数h[n-k]与不同的[k]的组合!!

------------学术的分割线--------------

也就是说,以离散信号为例,

卷积y[n] = x[n] * h[n],可以理解为,将y[n]分为不同的 分量为h[n-k]、系数为x[k]的线性组合。也就是说,y[n]是一系列关于h[n]移位后的h[n-k],每个函数h[n-k]乘上特定的系数x[k] 组合而成的函数

这种 “用一组函数进行线性组合得到目标函数”的理念,在傅里叶分析中也有应用:将原始信号y[n],分为一系列谐波信号e^(jkwn)的函数的线性组合。

再来看这个图:

你想到了什么??

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