傅立叶系数的概率分布

机器算法验证 分布
2022-04-08 22:59:27

假设我有N具有均匀分布的独立随机数[+1,1]. 假设我对这些数字进行离散傅立叶变换。每个频率系数的概率分布是多少?

每个频率系数是加权和N具有相同分布的独立随机数。如果它是一个未加权的总和,那么分布可能会趋向于正态分布,因为N增加。

但是因为它是一个加权和......我唯一看起来相关的事实是,一些随机变量之和的 PDF 应该等于各个变量的 PDF 的卷积。(显然,假设它们都是独立的。)我不确定如果你对几个不相等的均匀分布进行卷积,你会得到什么......

2个回答

随机序列的复数傅立叶系数在复平面中形成二维正态分布(围绕零旋转的高斯分布)。当取复频谱的幅度时,在每个幅度r(到原点的距离)概率密度将是2πrdr,乘以高斯,得到(最多一些常数)r×er2. 顺便说一句,这不取决于原始随机分布的形状(我猜来自中心极限定理)。我在 Matlab randn(...)(正态分布)、rand(...)(均匀分布)或rand(...)>.5(仅零和一)中尝试过。魔法!

您可以在Brillinger, DR Time Series Analysis and Theory的第 4 章中找到该主题,特别是定理 4.4.2。我认为在您的情况下,答案是傅立叶系数将具有渐近复杂的正态分布,正如@micork 的响应中所指出的那样。这将是相当普遍的情况,关键假设是原始时间序列中的依赖性足够温和(有关精确条件,请参见 op. cit. Assumption 2.6.1)。