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“卷”,还是“不卷”?这是个问题

已有 8307 次阅读 2012-6-20 13:43 |个人分类:学海无涯|系统分类:科研笔记| 频谱, 卷积, 莎士比亚, 哈姆雷特

初看关于卷积的讨论,感觉有点像著名的“Hamlet纠结”(呵呵,不是数学物理问题,是Shakespeare的“To be, or not to be, that is the question”)。

 

但是仔细看了,争论的焦点实际是“卷”的定义。

 

邹老师说:“因为h(t) 要被翻转,成为‘卷积’这个称呼的来源。”如果把h(t-t)理解成“平移”,则“按这种解释,卷积不必‘卷’”。而吴老师认为,“h(t)平移一个量h(t),变成h(t-t),就是卷了啊!

 

这样看,争论的是对“卷”字的理解。

 

后来双方似乎游离了这个争论点,变成了讨论卷积是否有周期循环特性的问题。

 

邹老师强调物理本质,笔者是赞同的。任何数学物理方法都应该有清晰的物理图像。吴老师提出周期特性,其实就是强调了其中一种物理图像——波传播的图像(或者波的相位分布的图像,如果把t换成x的话)。

 

物理世界最基本的运动形式就是波的形式。从量子力学的观点看,粒子也是用波函数来描述的。所以吴老师的话没有错。而邹老师关于叠加的描述,也抓住了其物理本质的另一面。综合起来就是:

 

物理世界最基本的运动形式就是波的形式;看似复杂的运动可以看成不同频率(周期)运动模式的叠加。

 

比如邹老师给的例子:“给定两个数组,x = [1 3 2]; y=[2 0 1 5]; 计算它们的卷积”,同样可以用不同频率(周期)运动模式的叠加来描述。

 

这两个数组:严格写是:

 

x(n): x(1)=1, x(2)=3, x(3)=2;

y(m+n): y(m+1)=2, y(m+2)=0, y(m+2)=1, y(m+4)=5, m为任意整数。

 

它们显然可以看成两组不同频率运动模式的叠加的另一种表示:

 

       x(n) Sn x(n) cosWnt 的频谱;

       y(m+n) Sn y(m+n) cosWm+nt的频谱。

 

【题外的话:一个连续的时间(或者空间——如果把t换成空间坐标)分布可以用频率(波数)的分立谱来表示,量子力学就是从这里建立起来的。而且从这种时间(空间)分布和频谱(k谱)分布的关系,很容易理解测不准原理。因为频率与能量,波数与动量就差一个Planck常数因子。】

 

笔者觉得,在科学网上开展这种学术讨论,有助于加深对一些基本的数学物理问题的理解。这应该是办科学网的宗旨所在。

 

最后,还是Shakespeare的“Hamlet纠结”:

 

To be, or not to be: that is the question:

Whether 'tis nobler in the mind to suffer

The slings and arrows of outrageous fortune,

Or to take arms against a sea of troubles … …

 

科学研究的目的就是“against a sea of troubles”,就是要有迎接“to suffer the slings and arrows of outrageous fortune”的勇气。

 



大话卷积
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