Python代码如下

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt # 读取数据
data = pd.read_csv('clean_data_row.csv')
# 进行傅里叶变换
fft_result = np.fft.fft(data)
frequencies = np.fft.fftfreq(len(data)) # 计算功率谱密度
power_spectrum = np.abs(fft_result)**2 / len(data)
print(len(power_spectrum))
frequencies_positive = frequencies[:len(frequencies)//2] # 绘制频谱图和功率谱密度图
# 频谱图
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.subplot(1, 2, 1)
plt.plot(frequencies, np.abs(fft_result))
plt.xlabel('Frequency (Hz)')
plt.ylabel('Amplitude')
plt.title('Frequency Spectrum')
# 功率谱密度图
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.plot(frequencies_positive, power_spectrum[:len(power_spectrum)//2])
plt.xlabel('Frequency (Hz)')
plt.ylabel('Power')
plt.title('Power Spectrum Density') plt.tight_layout()
plt.show()

下面我们修改成C#代码

创建控制台程序,Nuget安装 CsvHelper 和 pythonnet

public class Program
{
const string PathToPythonDir = "D:\\Python311";
const string DllOfPython = "python311.dll"; static void Main(string[] args)
{
// 傅里叶变换
FFT();
}
/// <summary>
/// 傅里叶变换
/// </summary>
static void FFT()
{
try
{
Runtime.PythonDLL = Path.Combine(PathToPythonDir, DllOfPython);
PythonEngine.Initialize();
using (Py.GIL())
{
dynamic pd = Py.Import("pandas");
dynamic np = Py.Import("numpy");
dynamic plt = Py.Import("matplotlib.pyplot");
dynamic fft = Py.Import("scipy.fftpack"); using dynamic scope = Py.CreateScope();
scope.Exec(@"def get_slice(net_array): return net_array[:len(net_array)//2]"); // 读取数据
var data = pd.read_csv("clean_data_row.csv");
int listLength = data.__len__();
Console.WriteLine("读取长度:" + listLength); // 进行傅里叶变换
var fft_result = fft.fft(data); // 对数据进行傅里叶变换
var frequencies = fft.fftfreq(listLength); // 计算功率谱密度
var power_spectrum = np.square(np.abs(fft_result)) / listLength;
var frequencies_positive = scope.get_slice(frequencies); /*
// 如果是api接口,直接返回x轴和y轴数据
double[] xAxis = frequencies.As<double[]>();
PyObject yAxisDatas = np.abs(fft_result);
double[][] yAxis = yAxisDatas.As<dynamic[]>()
.Select(s => (double[])s.As<double[]>())
.ToArray(); double[] xAxis2 = xAxis.Take(listLength / 2).ToArray();
PyObject yAxisDatas2 = power_spectrum;
double[][] yAxis2 = yAxisDatas2.As<dynamic[]>()
.Select(s => (double[])s.As<double[]>())
.Take(listLength / 2)
.ToArray();
*/ // 绘制频谱图和功率谱密度图
plt.figure(figsize: new dynamic[] { 12, 6 }); // 频谱图
plt.subplot(1, 2, 1);
plt.plot(frequencies, np.abs(fft_result));
plt.xlabel("Frequency (Hz)");
plt.ylabel("Amplitude");
plt.title("Frequency Spectrum"); // 功率谱密度图
plt.subplot(1, 2, 2);
plt.plot(frequencies_positive, scope.get_slice(power_spectrum));
plt.xlabel("Frequency (Hz)");
plt.ylabel("Power");
plt.title("Power Spectrum Density"); // 布局调整,防止重叠
plt.tight_layout();
// 显示图表
plt.show();
}
}
catch (Exception e)
{
Console.WriteLine("报错了:" + e.Message + "\r\n" + e.StackTrace);
}
} /// <summary>
/// 读取CSV数据
/// </summary>
/// <param name="filePath">文件路径</param>
/// <returns>文件中数据集合,都是double类型</returns>
static List<double[]> ReadCsvWithCsvHelper(string filePath)
{
using (var reader = new StreamReader(filePath))
using (var csv = new CsvReader(reader, CultureInfo.InvariantCulture))
{
var result = new List<double[]>();
// 如果你的CSV文件有标题行,可以调用ReadHeader来读取它们
csv.Read();
csv.ReadHeader();
while (csv.Read())
{
result.Add(new double[] {
csv.GetField<double>(0),
csv.GetField<double>(1),
csv.GetField<double>(2),
});
}
return result;
}
}
}

以下是运行后结果,

源代码:https://gitee.com/Karl_Albright/csharp-demo/tree/master/PythonnetDemo/PythonnetFFT

这里有人会问,为什么不用 MathNet.Numerics 直接计算,因为计算结果和Python的结果差别太大了,希望有知道为什么的大佬留言,这里我也记录以下实现步骤

创建Windows 窗体应用(WinForm),Nuget安装 CsvHelper、MathNet.Numerics、OxyPlot.Core、OxyPlot.WindowsForms

public partial class Form1 : Form
{
double[] xAxis = new double[0];
double[][] yAxis = new double[0][];
double[] xAxis2 = new double[0];
double[][] yAxis2 = new double[0][];
public Form1()
{
InitializeComponent(); var datas = ReadCsvWithCsvHelper("clean_data_row.csv");
CalcFFT(datas);
DrawPlot();
}
OxyColor[] colors =
[
OxyColors.Blue,
OxyColors.Yellow,
OxyColors.Red,
OxyColors.Green,
OxyColors.Pink,
OxyColors.Black,
OxyColors.Orange,
];
public List<double[]> ReadCsvWithCsvHelper(string filePath)
{
using (var reader = new StreamReader(filePath))
using (var csv = new CsvReader(reader, CultureInfo.InvariantCulture))
{
var result = new List<double[]>();
// 如果你的CSV文件有标题行,可以调用ReadHeader来读取它们
csv.Read();
csv.ReadHeader();
while (csv.Read())
{
result.Add([
csv.GetField<double>(0),
csv.GetField<double>(1),
csv.GetField<double>(2),
]);
}
return result;
}
} public void CalcFFT(List<double[]> datas)
{
var first = datas.First();
yAxis = new double[first.Length][];
yAxis2 = new double[first.Length][];
for (int i = 0; i < first.Length; i++)
{
// 将数据转换为Complex32数组以便进行傅里叶变换
Complex32[] dataComplex = datas.Select(item => new Complex32((float)item[i], 0)).ToArray(); // 进行傅里叶变换
Fourier.Forward(dataComplex, FourierOptions.AsymmetricScaling); var len = dataComplex.Length;
// 计算频率
double[] frequencies = Fourier.FrequencyScale(len, 1); xAxis = frequencies;
yAxis[i] = dataComplex.Select(x => Math.Abs(Math.Round(x.Magnitude, 7))).ToArray(); xAxis2 = frequencies.Take(len / 2).ToArray();
yAxis2[i] = dataComplex.Select(x => Math.Abs(Math.Round((x.Magnitude * x.Magnitude / len), 7))).Take(len / 2).ToArray();
} } public void DrawPlot()
{
// 绘制频谱图和功率谱密度图(这里使用OxyPlot库)
var plotModel = new PlotModel { Title = "Spectrum Analysis" }; // 频谱图
int xAxisLength = xAxis.Length;
int yAxisLength = yAxis.Length; for (int i = 0; i < yAxisLength; i++)
{
var frequencySeries = new LineSeries
{
Title = "Item" + (i + 1),
MarkerType = MarkerType.None,
Color = colors[i]
};
for (int j = 0; j < xAxisLength; j++)
{
frequencySeries.Points.Add(new DataPoint(xAxis[j], yAxis[i][j]));
}
plotModel.Series.Add(frequencySeries);
}
plotModel.Axes.Add(new LinearAxis { Position = AxisPosition.Bottom, Title = "Frequency (Hz)" });
plotModel.Axes.Add(new LinearAxis { Position = AxisPosition.Left, Title = "Amplitude" });
this.plotView1.Model = plotModel; var plotModel2 = new PlotModel { Title = "Power Spectrum Density" };

// 功率谱密度图
int xAxis2Length = xAxis2.Length;
int yAxis2Length = yAxis2.Length; for (int i = 0; i < yAxis2Length; i++)
{
var powerSeries = new LineSeries
{
Title = "Item" + (i + 1),
MarkerType = MarkerType.None,
Color = colors[i]
};
for (int j = 0; j < xAxis2Length; j++)
{
powerSeries.Points.Add(new DataPoint(xAxis2[j], yAxis2[i][j]));
}
plotModel2.Series.Add(powerSeries);
} plotModel2.Axes.Add(new LinearAxis { Position = AxisPosition.Bottom, Title = "Frequency (Hz)" });
plotModel2.Axes.Add(new LinearAxis { Position = AxisPosition.Right, Title = "Power" });
this.plotView2.Model = plotModel2;
}
}

源代码:https://gitee.com/Karl_Albright/csharp-demo/tree/master/PythonnetDemo/PythonnetFFTWinFormsApp

C# pythonnet(2)_FFT傅里叶变换的更多相关文章

  1. 基于傅里叶变换和PyQt4开发一个简单的频率计数器

    小学期的<信号与系统>课,要求写一个频率计数器,下面是我个人理解的频率计数 傅里叶变换的代码: # coding=utf-8 import numpy as np from scipy.i ...

  2. 数字信号处理--Z变换,傅里叶变换,拉普拉斯变换

    傅立叶变换.拉普拉斯变换.Z变换最全攻略 作者:时间:2015-07-19来源:网络       傅立叶变换.拉普拉斯变换.Z变换的联系?他们的本质和区别是什么?为什么要进行这些变换.研究的都是什么? ...

  3. OpenCV基于傅里叶变换进行文本的旋转校正

    傅里叶变换可以用于将图像从时域转换到频域,对于分行的文本,其频率谱上一定会有一定的特征,当图像旋转时,其频谱也会同步旋转,因此找出这个特征的倾角,就可以将图像旋转校正回去. 先来对原始图像进行一下傅里 ...

  4. 傅里叶变换库FFTW的安装配置(VS2010)

    FFTW是用来计算一维或者多维的离散傅里叶变换,输入可以为实数序列也可以为复数序列的C语言的子函数库,FFTW是免费软件,是作为fft函数库的各种应用的上佳选择. 1. 从网站http://www.f ...

  5. FFT教你做乘法(FFT傅里叶变换)

    题目来源:https://biancheng.love/contest/41/problem/C/index FFT教你做乘法 题目描述 给定两个8进制正整数A和B(A和B均小于10000位),请利用 ...

  6. 傅里叶变换:MP3、JPEG和Siri背后的数学

    九年前,当我还坐在学校的物理数学课的课堂里时,我的老师为我们讲授了一种新方法,给我留下了深刻映像.我认为,毫不夸张地说,这是对数学理论发现最广泛的应用.应用的领域包括:量子物理.射电天文学.MP3和J ...

  7. 完全搞懂傅里叶变换和小波(2)——三个中值定理<转载>

    书接上文,本文章是该系列的第二篇,按照总纲中给出的框架,本节介绍三个中值定理,包括它们的证明及几何意义.这三个中值定理是高等数学中非常基础的部分,如果读者对于高数的内容已经非常了解,大可跳过此部分.当 ...

  8. 完全搞懂傅里叶变换和小波(1)——总纲<转载>

    无论是学习信号处理,还是做图像.音视频处理方面的研究,你永远避不开的一个内容,就是傅里叶变换和小波.但是这两个东西其实并不容易弄懂,或者说其实是非常抽象和晦涩的! 完全搞懂傅里叶变换和小波,你至少需要 ...

  9. 【DWT笔记】傅里叶变换与小波变换

    [DWT笔记]傅里叶变换与小波变换 一.前言 我们经常接触到的信号,正弦信号,余弦信号,甚至是复杂的心电图.脑电图.地震波信号都是时域上的信号,我们也成为原始信号,但是通常情况下,我们在原始信号中得到 ...

  10. 【转】傅里叶变换 拉普拉斯变 z变换 DFT DCT意义

    傅里叶变换在物理学.数论.组合数学.信号处理.概率论.统计学.密码学.声学.光学.海洋学.结构动力学等领域都有着广泛的应用(例如在信号处理中,傅里叶变换的典型用途是将信号分解成幅值分量和频率分量). ...

随机推荐

  1. 对象存储服务的Lambda特性

    AWS S3提供了Lambda服务,详见Amazon S3 Object Lambda. 技术方案 作为兼容AWS S3能力的对象存储服务,交付Lambda特性时,关注点有: 实现方式 SDK 独立进 ...

  2. postman使用中问题汇总

    当用postman来通过接口造数据时,读取参数化文件中身份证字段的值读取错误. 参数文件如下 选择参数文件后预览的数据如下 身份证号码全部变成了0000结尾的 解决方案: 需要将身份证号码用引号引起来 ...

  3. java引入jep实现四则运算包含负数且规范两位小数

    1.在pom中引入依赖 <!--四则运算--> <dependency> <groupId>jep</groupId> <artifactId&g ...

  4. pde复习笔记 第一章 波动方程 第三节 分离变量法

    教材 谷超豪<数学物理方程>第四版,虽然我们老师用的第三版,但是除了页码对不上,习题多了一点,也似乎没有多少区别. 打算开个新栏专门总结一下pde的各种计算问题,在图书馆算的手麻了,但是习 ...

  5. 【web安全】修改和配置tomcat版本信息

    场景 目前网络安全的越来越受重视,tomcat作为重要的web容器被广泛应用,如何隐藏信息保证.在开放网络世界中,不易被攻击. 操作思路 1.进入Tomcat文件中的lib文件夹,将catalina. ...

  6. 案例-java贪吃蛇(附源码)

    创建屏幕 开始游戏的窗口,首先引入窗口,然后在窗口画布上进行添加各类动画. JFrame frame=new JFrame("My SnakeGame"); Jframe 是个类, ...

  7. C语言:将txt文件的单词导入链表&&删除链表重复单词

    文章目录 前言 主要分为两个实现部分,按个人需求浏览 首先明确几个任务 先过一遍如何操作的流程. ①全局变量和结构体代码部分 ②实现:将文件单词导入链表 a: 寻找txt文件中最长单词的函数 b: 导 ...

  8. IDEA 2020 版配置VUE

    找到IDE工具栏,就是启动项目的run那里 点击下拉框,找到Eidt Confiuration,选择 选择小加号 选取npm 设置npm页,完成后,点击apply run npm ,如图选择run或者 ...

  9. 5GC 关键技术之 SBA(基于服务的软件架构)

    目录 文章目录 目录 前文列表 5GC 的关键技术 SBA(基于服务的软件架构) 微服务架构 NF 的模块化 NF Service 的服务化 前文列表 <简述移动通信网络的演进之路> &l ...

  10. 4G EPS 中的随机接入

    目录 文章目录 目录 前文列表 UE 的随机接入 基于竞争的随机接入流程 基于非竞争的随机接入流程 PRACH(物理随机接入信道) 上行 TA(时间提前量) 前文列表 <4G EPS 中的小区搜 ...