卷積積分是一種數(shù)學(xué)運算,那么既然是數(shù)學(xué)運算,那么就得有數(shù)學(xué)的特性——定義、性質(zhì)、定理。
本文將從卷積積分的理論、案例、求解方法、知識圖譜四方面介紹卷積積分!
一、【理論】卷積積分的理論
· 卷積積分定義:




? 卷積積分理解:
卷積積分定義描述得如此抽象,能不能給個生動點的描述?有的,看下文!
字面上理解:
卷積:卷,把蛋卷起來,叫蛋卷,卷積,就是把多個蛋卷 積起來,求重疊部分面積!
符號:卷積是一種數(shù)學(xué)運算,我們學(xué)過的數(shù)學(xué)運算有加減乘除,那么我們來看看,卷積的符號和加號、乘號的關(guān)系!



故事上理解:
如果你每天都到地下去打臺球,那么老板每天都要扇你一巴掌,不過當(dāng)老板打你一巴掌后,你5分鐘就消腫了,所以時間長了,你甚至就適應(yīng)這種生活了……
如果有一天,老板忍無可忍,以0.5秒的間隔開始不間斷的扇你的過程,這樣問題就來了,第一次扇你鼓起來的包還沒消腫,第二個巴掌就來了,你臉上的包就可能鼓起來兩倍高,老板不斷扇你,脈沖不斷作用在你臉上,效果不斷疊加了,這樣這些效果就可以求和了,結(jié)果就是你臉上的包的高度隨時間變化的一個函數(shù)了(注意理解);
如果老板再狠一點,頻率越來越高,以至于你都辨別不清時間間隔了,那么,求和就變成積分了??梢赃@樣理解,在這個過程中的某一固定的時刻,你的臉上的包的鼓起程度和什么有關(guān)呢?和之前每次打你都有關(guān)!但是各次的貢獻是不一樣的,越早打的巴掌,貢獻越小,所以這就是說,某一時刻的輸出是之前很多次輸入乘以各自的衰減系數(shù)之后的疊加而形成某一點的輸出,然后再把不同時刻的輸出點放在一起,形成一個函數(shù),這就是卷積,卷積之后的函數(shù)就是你臉上的包的大小隨時間變化的函數(shù)。
本來你的包幾分鐘就可以消腫,可是如果連續(xù)打,幾個小時也消不了腫了,這難道不是一種平滑過程么?反映到劍橋大學(xué)的公式上,f(a)就是第a個巴掌,g(x-a)就是第a個巴掌在x時刻的作用程度,乘起來再疊加就ok了。
大家說是不是這個道理呢?我想這個例子已經(jīng)非常形象了,你對卷積有了更加具體深刻的了解了嗎?
? 卷積積分性質(zhì):
微積分性質(zhì)和時移特性最喜歡被沖激函數(shù)和階躍函數(shù)使用:階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為沖激函數(shù)


二、【案例】卷積積分的典型應(yīng)用
· 案例1:與沖激函數(shù)的卷積
· 案例2:與階躍函數(shù)的卷積

三、【方法】卷積積分的求解方法
求解卷積積分的方法應(yīng)結(jié)合多種方法一起用

· 公式法求解卷積積分:
公式法包括了:定義法和性質(zhì)法

? 圖解法求解卷積積分:

圖解法舉例:
http://www.docin.com/p-875032548.html?docfrom=rrela
四、【圖譜】卷積積分的知識圖譜
花了這么久學(xué)的一個知識,我們總得知道他所處的知識體系的位置吧!廢話不多說,看圖!
卷積本身的知識圖譜:

卷積在信號與系統(tǒng)中的位置:

四、問題補充:
1. 卷積積分和普通積分的區(qū)別?
結(jié)論是:普通積分相當(dāng)于加法,卷積積分相當(dāng)于加權(quán)疊加。
理由是:我們知道圖形積分,就是把無限多個寬度相等的長條進行累加。而卷積積分相當(dāng)于在進行長條累加的時候,加入了權(quán)重。這就像古代交易,有的長條是金條,有的是銀條,有的是銅條。這時候就不能用一般的加法運算了,就需要加入權(quán)重。