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我有以下问题:我想集成一个二维数组,所以基本上是反转梯度运算符。
假设我有一个非常简单的数组如下:
shape = (60, 60)
sampling = 1
k_mesh = np.meshgrid(np.fft.fftfreq(shape[0], sampling), np.fft.fftfreq(shape[1], sampling))
然后我将我的矢量场构造为一个复值数组(x-vector = 实部,y-vector = 虚部):
k = k_mesh[0] + 1j * k_mesh[1]
现在我采用渐变:
k_grad = np.gradient(k, sampling)
然后我使用傅里叶变换来反转它,使用以下函数:
def freq_array(shape, sampling):
f_freq_1d_y = np.fft.fftfreq(shape[0], sampling[0])
f_freq_1d_x = np.fft.fftfreq(shape[1], sampling[1])
f_freq_mesh = np.meshgrid(f_freq_1d_x, f_freq_1d_y)
f_freq = np.hypot(f_freq_mesh[0], f_freq_mesh[1])
return f_freq
def int_2d_fourier(arr, sampling):
freqs = freq_array(arr.shape, sampling)
k_sq = np.where(freqs != 0, freqs**2, 0.0001)
k = np.meshgrid(np.fft.fftfreq(arr.shape[0], sampling), np.fft.fftfreq(arr.shape[1], sampling))
v_int_x = np.real(np.fft.ifft2((np.fft.fft2(arr[1]) * k[0]) / (2*np.pi * 1j * k_sq)))
v_int_y = np.real(np.fft.ifft2((np.fft.fft2(arr[0]) * k[0]) / (2*np.pi * 1j * k_sq)))
v_int_fs = v_int_x + v_int_y
return v_int_fs
k_int = int_2d_fourier(k, sampling)
不幸的是,k
位置的结果不是很准确有一个突然的变化,如下图所示,显示水平线轮廓 k
和 k_int
.
有什么提高准确性的想法吗?有没有办法让它完全一样?
最佳答案
我实际上找到了解决方案。积分本身会产生非常准确的结果。然而,numpy 的梯度函数计算的是二阶精确的中心差,这意味着梯度本身已经是一个近似值。
当您将上述问题替换为解析公式(例如 2D 高斯)时,可以解析地计算导数。对这个解析导出的函数进行积分时,误差大约为 10^-10(取决于高斯宽度,这会导致混叠效应)。
长话短说:上面提出的集成功能按预期工作!
关于python - 整合二维矢量场阵列(反转 np.gradient),我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/53498672/
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我是一名优秀的程序员,十分优秀!