对数描述的系统的线性逼近 - 如何?

信息处理 线性系统 动态系统
2022-02-11 11:14:44

由任何底的对数描述的系统,我们称之为,是非线性的。y(t)=ln(t)

  • 是否有可能通过任何方式(变换、运算符等),对于较小的值(例如,),获得系统的线性近似(在这样的 ) 具有可接受的百分比误差(即高达)?tt>0t0.5y(t1+t2)=y(t1)+y(t2)5%
  • 有没有更适合执行任务的日志库?
3个回答

在目前的表述中,这个问题的答案是“不”,这是不可能的。原因是对于任何,我可以使足够小,使得线性近似的误差变得任意大。请注意t>0tlimt0log(t)=

t定义一个正下限,以便能够在区间t[a,b] , 0<a<b上得出合理的近似值。很容易找到线性函数f(t)=c1t+c2g(t)=log(t)在该区间上的最佳最小二乘拟合。您必须自己判断这样的近似值是否足以满足您的应用程序。

如果作为一个例子,你考虑区间t[0.01,0.5]你可能会得到这样的结果:

在此处输入图像描述

等凹函数可以模拟饱和等非线性系统行为。它们虽然被用作压扩方法,例如 -law(或A-law):log(1+)μ

xsgnxlog(1+μ|x|)log(1+μ).

这可以在高动态信号的量化之前使用,并允许使用均匀量化并为弱信号和强信号保持相似数量的相对误差(参见例如使用对数算术进行数字滤波(我很高兴发现尼克金斯伯里的这项工作)。

对于电话,人们开发了此类定律的分段(“分段线性”,但实际上是分段仿射)压缩扩展版本,例如 H. Kaneko,“分段压缩定律的统一公式以及编解码器和数字压缩器的合成”。基本上,可以通过一些仿射定律在其适当的区间内进行近似。我知道平方根的这种近似值:如果,那么例如大约 4% 的精度:log(x+y)ab

a2+b20.96a+0.4b

但我必须检查对数。在同一框架中,正如@ben 已经说过的,如果是固定数量:a

  • 如果,则a>blog(a+b)b/a+loga

这是一个仿射近似。

ln(1+x)x对于 x 的小x

因此,您应该尝试进行变量替换以将您的方程映射到类似于的形式。ln(t)ln(1+x)

真的接近,这将不起作用,你能猜到为什么吗?t0