Utilice la frecuencia con más frecuencia, una guía para utilizar la transformada rápida de Fourier para científicos de datos en Python con ejemplos

Un manual desde el análisis de frecuencia simple hasta el avanzado: explorando una herramienta vital que está ampliamente infrautilizada en la ciencia de datos

El análisis de frecuencia es extremadamente útil en una gran cantidad de dominios. Desde audio hasta sistemas mecánicos, procesamiento del lenguaje natural y aprendizaje no supervisado. Para muchos científicos e ingenieros es una herramienta vital, pero para muchos científicos y desarrolladores de datos apenas se entiende, si es que se entiende. Si no sabe sobre análisis de frecuencia, no se preocupe, acaba de encontrar su manual.

imagen usando líneas de diferentes tamaños para invocar una imagen de ondas
Imagen de Daniel Warfield usando p5.js. Todas las imágenes de este documento se crean con p5.js o la biblioteca Matplotlib de Python, a menos que se especifique lo contrario.

¿Para quién es esto útil? Cualquiera que trabaje con prácticamente cualquier señal, sensor, imagen o modelo AI/ML.

¿Qué tan avanzada está esta publicación? Esta publicación es accesible para principiantes y contiene ejemplos que interesarán incluso a los usuarios más avanzados del análisis de frecuencia. Probablemente obtendrá algo de este artículo independientemente de su nivel de habilidad.

¿Qué obtendrás de esta publicación? Una comprensión tanto conceptual como matemática de ondas y frecuencias, una comprensión práctica de cómo emplear esos conceptos en Python, algunos casos de uso comunes y algunos casos de uso más avanzados.

Nota: Para ayudarle a leer, he etiquetado las subsecciones como Básico, Intermedioy Avanzado. Este es un artículo extenso diseñado para que alguien pase de cero a héroe. Sin embargo, si ya tiene educación o experiencia en el dominio de la frecuencia, probablemente pueda hojear las secciones intermedias o pasar directamente a los temas avanzados.

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1) El dominio de la frecuencia
1.1) Los fundamentos del dominio de frecuencia (básico)
1.2) Los detalles del dominio de frecuencia (intermedio)
1.3) Un ejemplo simple en Python (intermedio)
2) Usos comunes del dominio de frecuencia
2.1) Eliminación de tendencias y procesamiento de señales (intermedio)
2.2) Análisis de vibraciones (avanzado)
3) Usos avanzados del dominio de frecuencia
3.1) Aumento de datos (avanzado)
3.2) Incrustación y agrupación (avanzado)
3.3) Compresión (intermedia)
4) Conclusiones conceptuales para los científicos de datos
5)
Resumen