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卷积积分介绍

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卷积、旋积或摺积 ( Convolution ) 是通过两个函数 f 和 g 生成第三个函数的一种数学算子,表征函数 f 与 g 经过翻转和平移的重叠部分函数值乘积对重叠长度的积分。

卷积积分的定义

设 f(x),g(x)f(x), g(x)f(x),g(x) 是 R\mathbb{R}R 上的两个可积积分,

f(x)∗g(x)=∫−∞+∞f(τ)g(x−τ)dτf(x) * g(x) = \int_{-\infty}^{+\infty}f(\tau)g(x-\tau){\rm d}\tau f(x)∗g(x)=∫−∞+∞​f(τ)g(x−τ)dτ

(f∗g)(x)=define∫−∞+∞f(τ)g(x−τ)dτ(f * g)(x) \overset{define}{=}\int_{-\infty}^{+\infty}f(\tau)g(x-\tau){\rm d}\tau (f∗g)(x)=define∫−∞+∞​f(τ)g(x−τ)dτ

它是其中一个函数翻转,并平移后,与另一个函数的乘积的积分,是一个对平移量的函数

卷积是求和(积分)。 对于线性时不变的系统,输入可以分解成很多强度不同的冲激的和的形式(对于时域就是积分),那么输出也就是这些冲激分别作用到系统产生的响应的和(或者积分)。 所以卷积的物理意义就是表达了时域中输入,系统冲激响应,以及输出之间的关系。

用非数学的语言描写数学的含义是非常糟糕的,以下仅为个人见解

如果 fff 是一个物体的本征规律,ggg 是一个外部作用,当 ggg 不是一次性瞬时的作用,而是沿时间持续的时候,某个时刻物体的状态,取决于他在此前收到的所有外部作用留下的“痕迹”的叠加。要把这个叠加的值算出来,方法就是卷积运算;而卷积中 ggg 函数倒过来运算,是因为越新的时间作用的“痕迹”越是最后作用的


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