活动介绍

import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from matplotlib.animation import FuncAnimation def wave(t, frequency, amplitude, phase, speed): x = np.linspace(0, 4 * np.pi, 1000) y = amplitude * np.sin(frequency * (x - speed * t) + phase) return x, y def update(t, wave1_params, wave2_params): x1, y1 = wave(t, *wave1_params) x2, y2 = wave(t, *wave2_params) line1.set_data(x1, y1) line2.set_data(x2, y2) line_sum.set_data(x1, y1 + y2) return line1, line2, line_sum # 初始波形参数 wave1_params = [2, 1, 0, 1] # 频率、振幅、相位、速度 wave2_params = [3, 1, 0, 1] fig, ax = plt.subplots() ax.set_xlim(0, 4 * np.pi) ax.set_ylim(-2, 2) line1, = ax.plot([], [], label='Wave 1') line2, = ax.plot([], [], label='Wave 2') line_sum, = ax.plot([], [], label='Sum', linestyle='--') plt.legend() ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.arange(0, 10, 0.1), fargs=(wave1_params, wave2_params), blit=True) plt.show() 程序的优缺点

时间: 2023-09-11 15:07:47 浏览: 235
优点: 1. 简单易懂,易于理解; 2. 通过 matplotlib 库提供的动画功能,可以直观地演示波形的叠加效应; 3. 可以通过修改 wave1_params 和 wave2_params 的参数值,观察波形叠加效应的变化; 4. 代码结构清晰,易于维护和修改。 缺点: 1. 程序中只实现了两个波形的叠加效应,无法处理更多波形的情况; 2. 动画效果略显简单,没有添加更多互动性的功能; 3. 动画的渲染效率可能较低,尤其在数据量较大的情况下,会影响用户体验; 4. 程序没有考虑异常情况的处理,可能会导致程序崩溃或不稳定。
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import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import os import imageio

### 使用 NumPy、Matplotlib、OS 和 ImageIO 进行数据处理与可视化的示例 #### 导入必要的库 为了实现这一目标,首先需要导入所需的 Python 库: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import os import imageio.v2 as imageio ``` #### 创建模拟数据集 假设有一个时间序列的心电图 (ECG) 数据作为例子。这里通过随机数生成器来创建一些模拟 ECG 波形的数据。 ```python np.random.seed(0) time = np.linspace(0, 10, num=500) # 时间轴 ecg_signal = np.sin(time * 2 * np.pi / 1.27) + \ 0.5 * np.sin(time * 2 * np.pi / 0.89) + \ 0.2 * np.random.randn(len(time)) # 模拟心电信号 ``` #### 绘制单张图像并保存到文件夹中 接下来定义一个函数 `plot_ecg` 来绘制心电图并将图片保存至指定目录下。 ```python def plot_ecg(signal, t, folder_path='frames'): """Plot and save the ecg signal.""" if not os.path.exists(folder_path): os.makedirs(folder_path) fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 4)) ax.plot(t, signal, label="Simulated ECG Signal", color="#FF7F50") ax.set_xlabel('Time') ax.set_ylabel('Amplitude') ax.legend() file_name = f"{folder_path}/frame_{int(np.round(t[-1]*10)):03d}.png" plt.savefig(file_name) plt.close(fig) for i in range(0, len(ecg_signal), 5): # 控制帧率 segment_time = time[:i+1] segment_signal = ecg_signal[:i+1] plot_ecg(segment_signal, segment_time) ``` 上述代码会逐段截取信号片段,并将其绘制成静态图形存放在名为 "frames" 的子文件夹内[^2]。 #### 将多张静止图像合成 GIF 动画 最后一步是从这些单独的 PNG 文件构建出动态的 GIF 图片。 ```python images = [] files = sorted([f for f in os.listdir('frames') if '.png' in f]) for filename in files: images.append(imageio.imread(os.path.join('frames', filename))) output_file = 'animated_ecg.gif' imageio.mimsave(output_file, images, duration=0.1) print(f"GIF saved to {output_file}") ``` 这段脚本读取所有已生成的 PNG 文件,按顺序排列后组合成一个 GIF 文件,从而形成一段展示心电波形变化过程的小动画[^1]。

import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np

### 如何结合 `matplotlib.pyplot` 和 `numpy` 进行数据可视化 #### 数据可视化的基础概念 数据可视化是一种通过图形表示来理解复杂数据的方法。Python 中的两个核心库——`NumPy` 和 `Matplotlib` 提供了强大的工具支持这一过程。`NumPy` 是用于科学计算的基础包,提供了高性能的数组对象以及操作这些数组的功能;而 `Matplotlib` 则是一个全面的数据可视化库。 以下是具体实现方法: --- #### 创建简单的二维绘图 下面展示如何利用 `NumPy` 生成数据并使用 `Matplotlib` 的子模块 `pyplot` 绘制图像。 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 使用 NumPy 生成 x 轴和 y 轴数据 x = np.linspace(0, 10, 100) # 在 [0, 10] 上均匀分布的 100 个点 y = np.sin(x) # 计算正弦值作为 y 值 # 使用 Matplotlib 绘制曲线 plt.figure(figsize=(8, 4)) # 设置画布大小 plt.plot(x, y, label="sin(x)", color="blue", linewidth=2) # 添加标签和其他装饰 plt.title("Sine Wave") # 图形标题 plt.xlabel("X-axis") # X 轴名称 plt.ylabel("Y-axis") # Y 轴名称 plt.grid(True) # 显示网格线 plt.legend() # 显示图例 # 展示最终结果 plt.show() ``` 此代码片段展示了如何将 `np.linspace()` 函数与 `np.sin()` 结合起来生成一组坐标点,并将其传递给 `plt.plot()` 方法完成绘图[^1]。 --- #### 多条曲线在同一张图上的绘制 如果希望在一个图表中比较多个变量的变化趋势,则可以通过多次调用 `plt.plot()` 来叠加不同线条。 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义不同的函数关系 x = np.arange(0.0, 5.0, 0.02) y1 = np.sin(np.pi * x) y2 = np.cos(np.pi * x) # 同一窗口下分别绘制两条曲线 plt.figure(figsize=(8, 4)) plt.plot(x, y1, 'r-', label='sin(pi*x)', linewidth=2) plt.plot(x, y2, 'g--', label='cos(pi*x)', linewidth=2) # 配置样式选项 plt.title('Multiple Curves') plt.xlabel('Time (seconds)') plt.ylabel('Amplitude') plt.legend(loc='upper right') # 输出图片 plt.show() ``` 这里引入了两种颜色 (`'r-'`, `'g--'`) 及其对应的标记风格区分两组数据[^2]。 --- #### 自定义属性增强可读性 为了使图表更加清晰易懂,在实际应用过程中还可以调整字体大小、边框宽度等细节参数。 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 构建样本数据集 t = np.arange(0., 5., 0.2) data_points = { 'line_a': t, 'line_b': t ** 2, 'line_c': t ** 3 } colors = ['red', 'green', 'purple'] styles = ['o-', '--^', ':s'] fig, ax = plt.subplots() for idx, key in enumerate(data_points.keys()): ax.plot(t, data_points[key], styles[idx], label=key.capitalize(), c=colors[idx]) ax.set_title('Customized Plot Example', fontsize=16) ax.set_xlabel('Independent Variable T', fontsize=14) ax.set_ylabel('Dependent Values', fontsize=14) ax.tick_params(axis='both', which='major', labelsize=12) ax.legend(fontsize=12) plt.tight_layout() plt.show() ``` 这段脚本不仅实现了多系列对比功能,还进一步优化了整体布局效果[^2]。 --- #### 总结 以上介绍了几种常见的场景及其解决方案,涵盖了单一线条到复合型图案的设计思路。借助于这两个开源项目的优势特性,开发者能够轻松构建出既美观又实用的信息表达形式。 ---
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1. 读入声音信号,产生峰值高于声音最大值2倍,频率在主频率范围内的单一频率正弦波信号,作为噪音叠加进入声音信号,返回保存为有噪声的声音信号; 2. 尝试使用常用滤波器滤除噪音,观察效果; 3. 尝试利用零极点设计符合滤波要求的滤波器,绘制零极点图及幅频特性图; 4. 尝试用Z变换设计滤波器,比较同2的差别,说明原因。 以下是前三部分代码,请帮助完成第四部分: import numpy as np from scipy.io import wavfile from scipy.fft import fft, ifft, fftfreq from scipy.signal import butter, filtfilt, freqz import matplotlib.pyplot as plt def add_noise_to_audio(input_file, output_file): # 1. 读取音频文件 sample_rate, audio = wavfile.read(input_file) # 如果音频是立体声,转为单声道(取第一个通道) if len(audio.shape) == 2: audio = audio[:, 0] # 2. 分析主频率范围 N = len(audio) audio_fft = fft(audio) frequencies = fftfreq(N, 1/sample_rate) # 计算功率谱 power_spectrum = np.abs(audio_fft) # 找到主频率范围(取前 5 个主导频率) dominant_indices = np.argsort(power_spectrum)[::-1][:5] dominant_frequencies = frequencies[dominant_indices] dominant_frequencies = dominant_frequencies[np.abs(dominant_frequencies) < sample_rate / 2] # 去除负频率 # 3. 生成噪声信号 max_amplitude = np.max(np.abs(audio)) # 原始信号的最大值 noise_amplitude = 2 * max_amplitude # 噪声峰值是原始信号最大值的两倍 # 选择主频率范围内的一个频率作为噪声频率 noise_frequency = np.abs(dominant_frequencies[0]) # 取第一个主导频率 # 生成单一频率的正弦波噪声 t = np.arange(N) / sample_rate noise = noise_amplitude * np.sin(2 * np.pi * noise_frequency * t) # 4. 将噪声叠加到原始信号上 noisy_audio = audio + noise # 确保信号不会溢出(限制在 [-32768, 32767] 范围内,适用于 16 位 PCM) noisy_audio = np.clip(noisy_audio, -32768, 32767).astype(np.int16) # 5. 保存为新的 WAV 文件 wavfile.write(output_file, sample_rate, noisy_audio) input_file = r"D:\医学信号\我爱重庆大学.wav" # 输入文件名 output_file = r"D:\医学信号\我爱重庆大学_noisy.wav" # 输出文件名 add_noise_to_audio(input_file, output_file) 结果: 2) 尝试使用常用滤波器滤除噪音,观察效果; 源代码: import numpy as np from scipy.io import wavfile from scipy.fft import fft, fftfreq from scipy.signal import iirnotch, filtfilt import matplotlib.pyplot as plt # 读取音频文件 def read_audio(file_path): sample_rat

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