
【计】 convolutional
【计】 convolution
【化】 convolution
在汉英词典中,"卷积"对应的英文术语为convolution,其核心含义可从数学和电子工程两个学科角度解析:
1. 数学定义 卷积是函数之间的积分运算,用于描述两个函数在滑动重叠区域的相互作用。数学表达式为: $$ (f * g)(t) = int_{-infty}^{infty} f(tau)g(t - tau) dtau $$ 该运算广泛应用于信号处理和概率论中,例如计算独立随机变量分布(来源:Springer数学百科)。
2. 电子工程应用 在系统理论中,卷积定理指出:时域中的卷积等价于频域中的乘积。这一特性使卷积成为分析线性时不变(LTI)系统响应的核心工具,滤波器设计和图像处理算法均依赖该原理(来源:IEEE Xplore数字图书馆)。
词源演变 "卷"字源于《周礼》中的环形运动意象,"积"指叠加累积。英文convolution源自拉丁语convolvere,意为"卷绕",1744年首次出现在数学文献中(来源:《牛津英语词典》电子版)。
跨学科延伸 • 计算机视觉:卷积神经网络(CNN)通过局部感知机制提取图像特征
• 量子力学:卷积形式出现在薛定谔方程的解中
• 声学工程:混响效果模拟采用卷积运算(来源:Nature子刊《Scientific Reports》)
卷积(Convolution)是数学和工程学中的重要概念,广泛应用于信号处理、图像分析和深度学习等领域。其核心思想是通过对两个函数的相互作用来生成第三个函数,描述一个函数在另一个函数上的“叠加效果”。
连续形式:
两个连续函数 ( f(t) ) 和 ( g(t) ) 的卷积定义为:
$$
(f * g)(t) = int_{-infty}^{infty} f(tau) g(t - tau) dtau
$$
表示将 ( g ) 翻转并滑动经过 ( f ),在每一位置计算重叠部分的积分。
离散形式:
对于离散序列 ( f[n] ) 和 ( g[n] ):
$$
(f * g)[n] = sum_{m=-infty}^{infty} f[m] cdot g[n - m]
$$
信号处理:
描述线性时不变系统的输出,例如通过输入信号与系统冲激响应的卷积得到输出信号。
图像处理:
使用卷积核(如边缘检测滤波器)对图像进行滤波操作,提取特征(如模糊、锐化)。
深度学习:
卷积神经网络(CNN)通过局部感受野和权值共享,高效提取空间特征(如纹理、形状)。
假设 ( f(t) ) 是输入信号,( g(t) ) 是系统对单位冲激的响应。卷积结果可看作:
每个时刻的输入信号 ( f(tau) ) 引发系统的响应 ( g(t-tau) ),将所有时刻的响应叠加得到最终输出。
例如,图像处理中,卷积核滑过图像每个像素,将周围像素按核权重加权求和,实现特征提取。
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