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计算机只有有限个数字,怎样完成傅里叶变换?

上一课的公式假设时间连续,而且可以检查无穷多个频率;真实计算机手里只有有限个采样点。要让公式真正跑起来,需要把时间和频率各限制一次:留下 $N$ 个样本,也只计算 $N$ 个频率格。这样得到的计算叫离散傅里叶变换,缩写为 DFT。

第 13 课把连续形式的傅里叶变换变成计算机能够执行的有限计算

上一课的公式,计算机为什么算不完

上一课把那套“用已知波去比较,再累积结果”的计算写成了下面的形式:

先不用重新解释每个符号。我们只看它要求计算机做多少事。

积分号表示要把所有时刻的结果累积起来。如果时间一直向前延伸,就有无穷多个时刻。式子中的 又可以取任意频率,因此要想得到完整结果,还得重复计算无穷多个频率。

也就是说,这条公式面对两个无穷:时间没有尽头,频率也有无穷多个。 数学可以这样定义,计算机却不可能真的做完。

第 13 课解决的就是这个落地问题。我们要做两次收口:每次把一个无穷范围变成有限个位置。

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