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[源代码] 李建平老师小波分析程序,各个参数如何更改?求帮助

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新浪微博达人勋

发表于 2014-5-27 22:25:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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x
由于英文水平有限,读了几遍之后也没有搞明白。
其实,吴洪宝那本书的小波分析哪些章节我已经读了很多次了,开始对小波原理有点理解,但是不透彻。
去李建平老师主页上下载了一个小波分析的程序,看了一下程序的注释,产生了一些疑问。
第一个疑问:
QQ图片20140527220918.jpg
程序中:s0,究竟是要设置等于2dt,还是设置等于dt?


第二个疑问:npad 究竟是什么东西?什么意思?究竟要设置多少才合理?


第三个疑问:运行程序得到的结果都是一维数据,应该无法做出小波实部,或者小波功率谱分布图(如下图)吧?

小波分析的原理很难,正在自学,求做过的高手指教一下。

xb32-gz.png


第四:有没有大神做过之后,用grads画图,可不可以给我一个gs和ctl文件作为参考?
           如果我想画出功率谱,我应该输出哪些变量数组?

运行测试程序,得到的结果如下:
Sample output for "wavetest.f" (27 Nov 1999)
Compiling and running "wavetest":

> f77 cfftpack.f chisqr.f wavelet.f wavetest.f -o wavetest
> wavetest

Sample output:
NOTE: your output may differ slightly (<1%)
due to different compilers or floating-point representation.

sst(1)= -0.15  sst(n) =  -0.06

  n= 504
  dt=  0.25
  mother= 0
  param=  6.
  s0=  0.25
  dj=  0.25
  jtot= 44
  npad= 1024

Let w = wave(n/2,j)

   j     Scale    Period  ABS(w)^2  phase(w)  5%signif    Global  GWS5%sig
   1     0.250     0.258     0.000   116.357     7.230     0.000     2.689
   2     0.297     0.307     0.000   116.564     0.813     0.000     0.305
   3     0.354     0.365     0.000   118.295     0.371     0.001     0.141
   4     0.420     0.434     0.003   122.777     0.277     0.007     0.106
   5     0.500     0.517     0.012   132.364     0.263     0.029     0.102
   6     0.595     0.614     0.022   143.603     0.286     0.043     0.112
   7     0.707     0.730     0.023   141.647     0.337     0.058     0.134
   8     0.841     0.869     0.050   135.089     0.418     0.096     0.169
   9     1.000     1.033     0.259   148.135     0.537     0.177     0.221
  10     1.189     1.229     0.335   172.986     0.704     0.269     0.295
  11     1.414     1.461     0.456  -125.342     0.931     0.396     0.398
  12     1.682     1.737     0.983  -117.802     1.236     0.548     0.539
  13     2.000     2.066     0.445  -159.262     1.635     0.785     0.729
  14     2.378     2.457     0.201   153.529     2.140     1.276     0.977
  15     2.828     2.922     0.022    13.591     2.758     1.954     1.292
  16     3.364     3.475     0.016    58.034     3.481     2.569     1.676
  17     4.000     4.132     0.944  -165.529     4.285     2.270     2.125
  18     4.757     4.914     2.964  -146.529     5.130     2.109     2.625
  19     5.657     5.844     0.734  -140.449     5.968     2.357     3.157
  20     6.727     6.949     0.206    66.755     6.750     1.703     3.700
  21     8.000     8.264     0.309   120.272     7.442     1.368     4.236
  22     9.514     9.828     1.300   131.020     8.025     1.318     4.753
  23    11.314    11.688     2.055   137.350     8.496     1.605     5.246
  24    13.454    13.899     2.273   129.854     8.865     1.823     5.716
  25    16.000    16.529     0.237   119.806     9.146     1.311     6.167
  26    19.027    19.656     0.361  -116.176     9.355     1.424     6.603
  27    22.627    23.375     0.130   -50.341     9.509     1.154     7.027
  28    26.909    27.798     1.415    12.274     9.621     1.295     7.440
  29    32.000    33.057     0.850    14.676     9.702     0.643     7.838
  30    38.055    39.312     0.559   -34.619     9.760     0.587     8.214
  31    45.255    46.750     1.005   -42.794     9.802     1.008     8.560
  32    53.817    55.596     0.285     2.065     9.831     0.539     8.867
  33    64.000    66.115     0.700    91.352     9.852     0.728     9.128
  34    76.109    78.624     1.477   117.662     9.867     1.363     9.341
  35    90.510    93.500     1.247   133.609     9.878     1.169     9.508
  36   107.635   111.191     0.666   173.291     9.885     0.621     9.634
  37   128.000   132.230     0.921  -172.955     9.891     0.914     9.726
  38   152.219   157.248     0.171  -162.954     9.894     0.161     9.790
  39   181.019   187.001     0.143  -114.740     9.897     0.140     9.834
  40   215.269   222.383     1.092  -112.308     9.899     1.092     9.863
  41   256.000   264.459     2.003  -112.306     9.900     2.003     9.881
  42   304.437   314.497     0.296  -112.306     9.901     0.296     9.893
  43   362.039   374.002     0.001  -112.306     9.902     0.001     9.899
  44   430.539   444.766     0.000  -112.306     9.902     0.000     9.902

Scale-average degrees of freedom =      6.441
Scale-avg 5% significance level  =      0.439

Reconstructed variance=       0.51547
Original variance   =       0.53817
Ratio =        0.95783 (this is low due to padding with zeroes)

Reconstructed mean=      0.000000
Original mean   =     -0.000020
Root-mean-square difference of time series=      0.002309


小波分析源程序如下:
C****************************************************************************
C WAVETEST: Example Fortran program for WAVELET, using NINO3 SST dataset
C
C COMPILE:   f77 chisqr.f cfftpack.f wavelet.f wavetest.f
C
C See "http://paos.colorado.edu/research/wavelets/"
C
C  Copyright (C) 1998, Christopher Torrence and Gilbert P. Compo
C This software may be used, copied, or redistributed as long as it is not
C sold and this copyright notice is reproduced on each copy made.  This
C routine is provided as is without any express or implied warranties
C whatsoever.
C
C Modified: November 1999 by Arjan van Dijk to include IMPLICIT NONE and
C           to convert all routines to DOUBLE precision.
C****************************************************************************



      PROGRAM wavetest

      IMPLICIT none

      INTEGER n,subscale,jtot
      DOUBLE PRECISION dt,s0,dj

C these parameters depend on the particular time series
      PARAMETER (n=504,dt=0.25D0,s0=dt)
      PARAMETER (subscale=4)
      PARAMETER (dj=1.D0/subscale,jtot=11*subscale)
C Note: for accurate reconstruction and wavelet-derived variance
C     do not pad with zeroes, set s0=dt (for Paul set s0=dt/4), and use
C     a large "jtot" (even though the extra scales will be within
C     the cone of influence).
C     For plotting purposes, it is only necessary to use
C     s0=2dt (for Morlet) and "jtot" from Eqn(10) Torrence&Compo(1998).

!这一段不太懂,求大神帮助。

      INTEGER mother,ibase2,npad
      DOUBLE PRECISION sst(n),recon_sst(n),param,pi
      DOUBLE PRECISION scale(jtot),period(jtot),coi(n)
      DOUBLE COMPLEX wave(n,jtot)

      INTEGER i,j,isigtest,javg1,javg2
      DOUBLE PRECISION lag1,siglvl,dof(jtot)
      DOUBLE PRECISION fft_theor(jtot),signif(jtot),ymean,variance
      DOUBLE PRECISION recon_mean,recon_vari
      DOUBLE PRECISION Cdelta,psi0
      DOUBLE PRECISION global_ws(jtot),global_signif(jtot)
      DOUBLE PRECISION savg_dof(jtot),savg_signif(jtot),sstENSO(n)

      pi = 4.D0*ATAN(1.D0)
      ibase2 = NINT(LOG(DBLE(n))/LOG(2.D0))+1
      npad = INT(2.D0**ibase2)
C      npad = n  ! this is for no padding with zeroes
!npad的设置也不太明白。

C*************************************************** Wavelet transform

C** let the WAVELET subroutine choose the defaults for these:
      mother = 0
      param = 6.D0

C** read in the NINO3 SST data
      OPEN(UNIT=11,FILE='sst_nino3.dat',STATUS='old')
      READ(11,*) sst
      CLOSE(11)
      PRINT'(/,"sst(1)=",F6.2,"  sst(n) = ",F6.2,/)',sst(1),sst(n)

C** get the wavelet transform
      CALL WAVELET(n,sst,dt,mother,param,s0,dj,jtot,npad,
     &             wave,scale,period,coi)


C*************************************************** Significance testing

C** local significance test
      isigtest = 0
      lag1 = 0.72D0
      siglvl = 0.05D0
      CALL WAVE_SIGNIF (isigtest,n,sst,dt,mother,param,dj,jtot,
     &       scale,period,lag1,siglvl,dof,fft_theor,signif,
     &       ymean,variance,Cdelta,psi0)


C** global wavelet spectrum & significance test
      isigtest = 1
      lag1 = 0.72D0
      siglvl = 0.05D0
      DO 10 j=1,jtot
        DO 20 i=1,n
          global_ws(j) = global_ws(j) + ABS(wave(i,j))**2
20      CONTINUE
        global_ws(j) = global_ws(j)/n
        dof(j) = n - scale(j)
10    CONTINUE

      CALL WAVE_SIGNIF (isigtest,n,sst,dt,mother,param,dj,jtot,
     &       scale,period,lag1,siglvl,dof,fft_theor,global_signif,
     &       ymean,variance,Cdelta,psi0)


C** scale-average time series & significance test
      isigtest = 2
      lag1 = 0.72D0
      siglvl = 0.05D0
C    scale average between 2 and 7.9 years
      savg_dof(1) = 2.0D0
      savg_dof(2) = 7.9D0
C    find the "j"-values that correspond to savg_dof(1) & savg_dof(2)
      javg1 = 0
      javg2 = 0
      DO 30 j=1,jtot
        IF ((scale(j).GE.savg_dof(1)).AND.(javg1.EQ.0)) javg1 = j
        IF (scale(j).LE.savg_dof(2)) javg2 = j
30    CONTINUE
C   call wave_signif first, to get the value of "Cdelta"
      CALL WAVE_SIGNIF (isigtest,n,sst,dt,mother,param,dj,jtot,
     &     scale,period,lag1,siglvl,savg_dof,fft_theor,savg_signif,
     &     ymean,variance,Cdelta,psi0)
C   construct the scale-averaged time series [Eqn(24)]
      DO 50 i=1,n
        sstENSO(i) = 0.D0
        DO 60 j=javg1,javg2
          sstENSO(i) = sstENSO(i) + (ABS(wave(i,j))**2)/scale(j)
60      CONTINUE
        sstENSO(i) = dj*dt*sstENSO(i)/Cdelta
50    CONTINUE


C************************************************************* print results
      PRINT*,' n=',n
      PRINT*,' dt=',dt
      PRINT*,' mother=',mother
      PRINT*,' param=',param
      PRINT*,' s0=',s0
      PRINT*,' dj=',dj
      PRINT*,' jtot=',jtot
      PRINT*,' npad=',npad
      PRINT'(/,"Let w = wave(n/2,j)",/)'
      PRINT'(A4,7A10)',"j","Scale","Period","ABS(w)^2","phase(w)",
     &  "5%signif","Global","GWS5%sig"
      PRINT'(I4,7F10.3)',(j,scale(j),period(j),
     &   ABS(wave(n/2,j))**2,
     &   ATAN2(DIMAG(wave(n/2,j)),DBLE(wave(n/2,j)))*180.D0/pi,
     &   signif(j),global_ws(j),global_signif(j),j=1,jtot)
      PRINT'(/,A,F10.3)',
     &    ' Scale-average degrees of freedom = ',savg_dof(1)
      PRINT'(A,F10.3,/)',
     &    ' Scale-avg 5% significance level  = ',savg_signif(1)


C************************************************************ Reconstruction

C** construct the wavelet derived variance (Parseval's theorem)  [Eqn(14)]
C   Cdelta & psi0 are returned from WAVE_SIGNIF
      recon_vari = 0.D0
      DO 900 i=1,n
        DO 1000 j=1,jtot
          recon_vari = recon_vari + (ABS(wave(i,j))**2)/scale(j)
1000    CONTINUE
900   CONTINUE
      recon_vari = dj*dt*recon_vari/(Cdelta*n)
      PRINT'(A,F14.5)',' Reconstructed variance=',recon_vari
      PRINT'(A,F14.5)',' Original variance   =',variance
      PRINT'(A,F14.5,A,/)',' Ratio = ',recon_vari/variance,
     &     ' (this is low due to padding with zeroes)'

C** reconstruct the time series [Eqn(11)]
C   check mean and RMS difference of reconstructed time series
      recon_mean=0.D0
      recon_vari = 0.D0
      DO 1100 i=1,n
        recon_sst(i)=0.D0
        DO 1200 j=1,jtot
          recon_sst(i) = recon_sst(i)+(DBLE(wave(i,j)))/SQRT(scale(j))
1200    CONTINUE
        recon_sst(i) = dj*SQRT(dt)*recon_sst(i)/(Cdelta*psi0)
        recon_vari = recon_vari+(sst(i)-ymean-recon_sst(i))**2
        recon_mean = recon_mean + recon_sst(i)
1100  CONTINUE
      recon_mean = recon_mean/n
      recon_vari = SQRT(recon_vari/n)

      PRINT'(A,F14.6)',' Reconstructed mean=',recon_mean
      PRINT'(A,F14.6)',' Original mean   =',ymean
      PRINT'(A,F14.6,/)',' Root-mean-square difference of time series=',
     &      recon_vari

      END

  谢谢大家帮忙!


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新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2014-5-27 22:27:40 | 显示全部楼层
有个问题补充一下,在上面这个程序中,尺度参数就是等于周期吗?我看吴洪宝老师那本书,写着尺度参数有时候不等于周期,周期需要进一步转化。
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新浪微博达人勋

发表于 2014-5-27 22:33:25 | 显示全部楼层
楼主请参考:Morlet小波的FOR和GRADS程序分享及其使用的简要说明
http://bbs.06climate.com/forum.p ... 34&fromuid=8223
密码修改失败请联系微信:mofangbao

新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2014-5-27 22:45:03 | 显示全部楼层
/xin村儿/ 发表于 2014-5-27 22:33
楼主请参考:Morlet小波的FOR和GRADS程序分享及其使用的简要说明
http://bbs.06climate.com/forum.php?mod ...

这个我已经成功做出来了,我上面上传的那幅图就是用你说的那个程序去做的,还比较简单,只是我想进一步深入理解小波分析,所以再用李建平老师主页的程序再做一个。
密码修改失败请联系微信:mofangbao

新浪微博达人勋

发表于 2014-5-27 23:04:44 | 显示全部楼层
楼主,好认真,我画小波分析是直接用论坛资源,自己没怎么仔细考虑过,帮你顶顶帖子吧~~~
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新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2014-5-27 23:06:45 | 显示全部楼层
nunu18 发表于 2014-5-27 23:04
楼主,好认真,我画小波分析是直接用论坛资源,自己没怎么仔细考虑过,帮你顶顶帖子吧~~~

认真还是没有用啊,我看了很多份资料,就是没有搞懂小波原理?你是用fortran做的吗?
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新浪微博达人勋

发表于 2014-5-29 11:17:14 | 显示全部楼层
是的,用fortran做的
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新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2014-5-30 11:51:22 | 显示全部楼层
nunu18 发表于 2014-5-29 11:17
是的,用fortran做的

能不能给我发个链接?
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新浪微博达人勋

发表于 2014-5-30 11:57:51 | 显示全部楼层
建议你去看下吴宏宝的那本书
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新浪微博达人勋

发表于 2014-5-30 11:57:56 | 显示全部楼层
建议你去看下吴宏宝的那本书
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