Man and History: The Basics of Waves

2022年5月10日星期二

The Basics of Waves

2022/03/19

說明：

本文主要對弦波 [1] 進行 Matplotlib 存圖 [2] - [4] 與繪圖 [5] - [7] 的練習，以因應稍後 DFT（Discrete Fourier Transform）與 FFT（Fast Fourier Transform）的使用。

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https://pixabay.com/zh/photos/snake-python-serpent-scales-543243/

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◎ 問題：

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Q1：如何畫出一張波的圖形？

Fig. 1. wave_1 [1].

A1：參考代碼一到代碼三。

代碼一為 google drive 的設定 [2]。

代碼二主要為風格設定 [5]。

代碼三首先用 linspace 設定圖片 x 軸上的起始位置、終了位置、跟取樣點數。取樣點數若不足，弦波的圖就顯得粗糙而不平滑。

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代碼一：

from google.colab import drive
drive.mount('/content/drive/')
!ls '/content/drive/My Drive/'

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代碼二：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

plt.style.use('classic')
%matplotlib inline

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代碼三：

x = np.linspace(0, 10, 101)
y = np.cos(x)

plt.figure(figsize = (16, 8))
plt.plot(x, y, 'r')
plt.ylabel('y = cos(x)')
plt.xlabel('x')

plt.savefig('/content/drive/My Drive/waves_1.png')
# plt.show()

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Q2：如何畫出四張波的圖形？

Fig. 2. wave_2 [1].

A2：參考代碼四。此練習是為了同時展示多個弦波的時域與頻域的圖而預備。

多圖主要靠 subplot 的設定 [7]。上下兩張圖為（211）與（212），左右兩張圖為（121）與（122）。

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代碼四：

fig = plt.figure(figsize = (16,8))

times = np.arange(4)

n = len(times)

for t in times:
    plt.subplot(n/2, n/2, t+1)
    y = np.cos(x + t)
    plt.plot(x, y, 'r')
    plt.plot(x[35], y [35], 'bo')
    plt.ylim(-1.2, 1.2)
    plt.ylabel('y')
    plt.title(f't = {t}')
    plt.xlabel('location (x)')

plt.tight_layout()
plt.savefig('/content/drive/My Drive/waves_2.png')
# plt.show()