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-rw-r--r--buch/chapters/70-graphen/wavelets.tex53
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index 2b9f29b..b11af3f 100644
--- a/buch/chapters/70-graphen/wavelets.tex
+++ b/buch/chapters/70-graphen/wavelets.tex
@@ -73,20 +73,21 @@ Standardbasisvektor mit Hilfe der
Lösungsformel~\eqref{buch:graphen:eqn:eigloesung}
gefunden werden.
Aus physikalischen Gründen ist aber offensichtlich, dass die
-Wärmeenergie Fundamentallösungen $F_i(t)$ für kurze Zeiten $t$
-in der Nähe des Knoten $i$ konzentriert ist.
-Dies ist aber aus der expliziten Formel
+Wärmeenergie der Fundamentallösungen $F_i(t)$ für kurze Zeiten $t$
+in der Nähe des Knotens $i$ konzentriert ist.
+Dies ist aber aus der Fourier-Entwicklung
\begin{equation}
F_i(t)
=
-\sum_{j=1}^n \langle f_j,e_i\rangle e^{-\kappa \lambda_i t} f_j
+\sum_{j=1}^n \langle \chi_j,e_i\rangle e^{-\kappa \lambda_i t} \chi_j
=
\sum_{j=1}^n \overline{f}_{ji} e^{-\kappa \lambda_i t},
\label{buch:graphen:eqn:fundamentalgraph}
\end{equation}
nicht unmittelbar erkennbar.
-Man kann aber aus~\eqref{buch:graphen:eqn:fundamentalgraph} ablesen,
+Man kann aber aus~\eqref{buch:graphen:eqn:fundamentalgraph}
+wenigstens ablesen,
dass für zunehmende Zeit die hohen Frequenzen sehr schnell gedämpft
werden.
Die hohen Frequenzen erzeugen also den scharfen Peak für Zeiten nahe
@@ -115,7 +116,7 @@ Die Darstellung im Frequenzraum und in der Zeit sind also extreme
Darstellungen, entweder Frequenzlokalisierung oder zeitliche Lokalisierung
ermöglichen, sich aber gegenseitig ausschliessen.
-\subsubsection{Dilatation}
+\subsubsection{Dilatation im Frequenzraum, spektrale Dilatation}
Eine Wavelet-Basis für die $L^2$-Funktionen auf $\mathbb{R}$ erlaubt
eine Funktion auf $\mathbb{R}$ auf eine Art zu analysieren, die eine
ungenaue zeitliche Lokalisierung bei entsprechend ungenauer
@@ -140,7 +141,7 @@ Graphen gibt es keine Rechtfertigung für diese spezielle Wahl von
Streckungsfaktoren mehr.
Es stellt sich daher die Frage, ob man für eine beliebige Menge
\(
-T= \{ t_1,t_2,\dots\} \}
+T= \{ t_1,t_2,\dots\}
\)
von Streckungsfaktoren eine Familie von Funktionen $\chi_j$ zu finden
derart, dass man sich die $\chi_j$ in einem gewissen Sinn als aus
@@ -164,14 +165,14 @@ Menge von reellen Zahlen ohne innere algebraische Struktur ist.
\centering
\includegraphics{chapters/70-graphen/images/gh.pdf}
\caption{Lokalisierungsfunktion $g(\lambda)$ für die Dilatation (links).
-Die Dilatierten Funktionen $g_i=\tilde{D}_{1/a_i}g$ lokalisieren
+Die dilatierten Funktionen $g_i=\tilde{D}_{1/a_i}g$ lokalisieren
die Frequenzen jeweils um die Frequenzen $a_i$ im Frequenzraum.
Der Konstante Vektor ist vollständig delokalisiert, die Funktion $h$
in der rechten Abbildung entfernt die hohen Frequenzen und liefert Funktionen,
-die in der Umgebung eines Knotens wie die Konstante Funktion aussehen.
+die in der Umgebung eines Knotens wie die konstante Funktion aussehen.
\label{buch:graphs:fig:lokalisierung}}
\end{figure}
-Das Mutter-Wavelet einer Wavelet-Analyse zeichnet definiert, in welchem Mass
+Das Mutter-Wavelet einer Wavelet-Analyse definiert, in welchem Mass
sich Funktionen im Orts- und im Frequenzraum lokalisieren lassen.
Die Standardbasis der Funktionen auf einem Graphen repräsentieren die
perfekte örtliche Lokalisierung, Eigenbasis der Laplace-Matrix $L$ repräsentiert
@@ -181,8 +182,8 @@ $\lambda\to\infty$ rasch abfällt mit einem Maximum irgendwo dazwischen
(Abbildung~\ref{buch:graphs:fig:lokalisierung}).
Sie kann als eine Lokalisierungsfunktion im Frequenzraum betrachtet werden.
-Die Matrix $g(L)$ bildet entfernt aus einer Funktion die ganz hohen und
-die ganz tiefen Frequenz, lokalisiert also die Funktionen im Frequenzraum.
+Die Matrix $g(L)$ entfernt die ganz hohen und die ganz tiefen Frequenz
+aus einer Funktion, lokalisiert also die Funktionen im Frequenzraum.
Die Standardbasisvektoren werden dabei zu Funktionen, die nicht mehr nur
auf einem Knoten von $0$ verschieden sind, aber immer noch einigermassen
auf dem Graphen lokalisiert sind.
@@ -191,7 +192,7 @@ $\lambda_0 < \lambda_1\le \dots\le \lambda_n$ der Laplace-Matrix
von Interesse.
Die Matrix $g(L)$ kann mit Hilfe der Spektraltheorie berechnet werden,
-was im vorliegenden Fall naheliegend ist, weil ja die Eigenvektoren von
+was im vorliegenden Fall naheliegend ist, weil ja die Eigenvektoren
der Laplace-Matrix bereits bekannt sind.
Die Matrix $\chi^t$ bildet die Standardbasisvektoren in die
Eigenbasis-Vektoren ab, also in eine Zerlegung im Frequenzraum ab,
@@ -211,7 +212,7 @@ g(\lambda_0)&0&\dots&0\\
\label{buch:graphen:eqn:mutterwavelet}
\end{equation}
-\subsubsection{Dilatation}
+\subsubsection{Spektrale Dilatation der Mutterwavelets}
Die Dilatation um $a$ im Ortsraum wird zu einer Dilatation um $1/a$ im
Frequenzraum.
Statt also nach einer echten Dilatation der Spaltenvektoren in $g(L)$
@@ -266,12 +267,20 @@ h(L) + \sum_{i}g_i(L)=I
gelten würde.
Nach der Spektraltheorie gilt das nur, wenn für alle Eigenwerte
$\lambda_k$, $k=1,\dots,n$
-\[
+\begin{equation}
h(\lambda_k) + \sum_ig(a_i\lambda_k)=1
-\]
+\label{buch:graphen:eqn:summegh}
+\end{equation}
gilt.
-Für beliebige Funktionen $g$ und $h$ kann man nicht davon ausgehen,
-aber man kann erwarten.
+
+Allerdings kann man im Allgemeinen nicht erwarten,
+dass \ref{buch:graphen:eqn:summegh} für
+beliebige Funktionen $g$ und $h$ gilt.
+Da es aber nur auf die Werte auf den Eigenwerten ankommt,
+muss nur sichergestellt sein, dass
+die linke Seite von \eqref{buch:graphen:eqn:summegh}
+nicht verschwindet.
+Dies garantiert, dass die Wavelet-Entwicklung umkehrbar ist.
Man muss daher zusätzlich verlangen, dass
\[
h(\lambda_k) + \sum_{i} g(a_i\lambda_k) > 0
@@ -301,7 +310,7 @@ B\|v\|^2
Die Zahlen $A$ und $B$ heissen die {\em Frame-Konstanten} des Frames.
\end{definition}
-Die oben gefundenen Vektoren, die Spalten Vektoren von $h(L)$ und $g_i(L)$
+Die oben gefundenen Vektoren, die Spaltenvektoren von $h(L)$ und $g_i(L)$,
bilden daher ein Frame.
Die Frame-Konstanten kann man unmittelbar ausrechnen.
Der mittlere Term von \eqref{buch:graphen:eqn:frame} ist
@@ -318,12 +327,14 @@ h(\lambda)^2 + \sum_i g_i(\lambda)^2
\]
abgeschätzt werden kann.
Die Frame-Konstanten sind daher
-\begin{align*}
+\[
+\begin{aligned}
A&=\min_{k} f(\lambda_k)
&
&\text{und}&
B&=\max_{k} f(\lambda_k).
-\end{align*}
+\end{aligned}
+\]
Die Konstruktion hat also ein Frame für die Funktionen auf dem Graphen
etabliert, die viele Eigenschaften einer Multiskalenanalyse in diese
wesentlich weniger symmetrische Situation rettet.