我想编写一个 Python(带有 SymPy lib)代码,它可以在函数的傅里叶 (FT) 和逆傅里叶 (iFT) 转换之间来回进行计算。假设有一个函数f(r),它的 FT g(q) = FT[f(r)]和新函数f(r) = iFT[g(q)]的 iFT 。
我使用 sympy 的 Python 代码无法做到这一点,但一个简单的 Mathematica 代码可以轻松做到这一点。
- 我在我的 Python 代码中遗漏了什么吗?
- 或者 Sympy 无法完成我想要做的事情?
Python代码:
import sympy as sym
q, r, alpha = sym.symbols('q r alpha', positive=True)
def sph_bessel(n, r):
if r<>0:
sph = sym.sqrt((sym.pi)/(2.*r))*sym.besselj(n + 1./2., r)
elif n==0 and r==0:
sph = 1
elif n<>0 and r==0:
sph = 0
return sph
FT = lambda f, n, q, r: 4*sym.pi*sym.integrate(f*sph_bessel(n, q*r) * r**2, (r, 0, sym.oo))
invfunc = lambda q, alpha: alpha**4/(alpha**2 + q**2)**2.
print " f(r) = %s"%sym.N(func(r, alpha))
print "F(q) = FT(f(r)) = %s"%sym.simplify(sym.N(FT(func(r, alpha), 0, q, r)))
print "f(r) = invFT(F(q)) = %s"%sym.simplify(sym.N(invFT(invfunc(q, alpha), 0, q, r)))
输出:
f(r) = 0.0397887357729738*alpha**3*exp(-alpha*r)
F(q) = FT(f(r)) = 1.0*alpha**4*(alpha**2 + 1.0*q**2)**(-2.0)
f(r) = invFT(F(q)) = 0.0498677850501791*sqrt(2)*I*alpha**3.0*(alpha*r*jn(-1.0, alpha*r*exp_polar(I*pi/2)) + I*sinh(alpha*r))/sqrt(pi)
Mathematica 代码:(要尝试,复制并粘贴到 Mathematica)
FourierSphrTF = Integrate[#1 SphericalBesselJ[#2, #4 #3] #3^2, {#3, 0, \[Infinity]}, Assumptions -> #5] &;
FourierSphericalT = 4 \[Pi] FourierSphrTF[#1, #2, #3, #4, #5] &; InvFourierSphericalT = 1/(2 \[Pi]^2) FourierSphrTF[#1, #2, #3, #4, #5] &;
FourierSphericalT[\[Alpha]^3 E^(-r \[Alpha])/(8 \[Pi] ) , 0, r, q, q > 0 && \[Alpha] > 0]
InvFourierSphericalT[\[Alpha]^4/(q^2 + \[Alpha]^2)^2, 0, q, r, r > 0 && \[Alpha] > 0]
输出:
f(r) = 0.0397887357729738*alpha**3*exp(-alpha*r)
F(q) = FT(f(r)) = 1.0*alpha**4*(alpha**2 + 1.0*q**2)**(-2.0)
f(r) = invFT(F(q)) = 0.0397887357729738*alpha**3*exp(-alpha*r)