#!/usr/bin/env python
# coding: utf-8

# ## 實驗一: Python 程式語言初見面
# 
# 用滑鼠點選以下程式碼，並按下"Play"鈕執行看看結果<br>
# 
# 若想要在家中電腦執行以下程式，請前往 https://store.continuum.io/cshop/anaconda/ 下載Anaconda Python 軟體
# 
# 實驗開始步驟：
# 
# (1)點右上角按鈕下載此份文件"ipython notebook"
# 
# (2)將 SandS_lab1.ipynb 存放至"我的文件"
# 
# (3)按下開始工具列->附屬應用程式->命令提示字元 來開啟命令列視窗
# 
# (4)於命令列鍵入 ipython notebook 指令來開啟 Jupyter 視窗
# 
# (5)開啟SandS_lab1.ipynb 開始以下實驗作答

# In[1]:


#coding: utf-8
get_ipython().run_line_magic('matplotlib', 'inline')
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x=np.array([0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0])
plt.plot(x,'ro-')


# ## 問題一
# (1)按加號新增一個"Markdown"區塊，描述你看到了什麼。 <br>
# (2)再按加號新增一個"code"區塊，嘗試畫出 "三個帽子"的波形<BR>
# (按加號後，點選 'Cell Toolbar' 左方是下拉式選單，選擇 CODE)
# ****************************************************************************************

# ## 實驗二: Python 之資料顯示以及np 陣列
# 用滑鼠點選以下程式碼，並按下"Play"鈕執行看看結果<br>

# In[5]:


#coding: utf-8
import numpy as np

t=np.arange(0,1,0.1)
print(t)
print("這是 np.arange(0,1,0.1)的結果:" + str(t))
print("加上一些換行字元\n\n\n" + "換行的結果是這樣\n")
t=np.arange(0,1,0.01)
print("這是 np.arange(0,1,0.01)的結果:")
print(t)
sumt=sum(np.arange(0,10,1))
print("\n\n\n這是 sum(np.arange(0,10,1))的結果:" +str(sumt))


# ## 問題二
# 新增一個"Markdown"區塊，將以下問題之答案寫下來。<BR>
# (1)請推論 np.arange 這個函數的用處，以及三個輸入值的意義。<BR>
# (2)新增一個"code"區塊，利用python 程式碼，計算100以下偶數之總合。
# ****************************************************************************************
# 

# ## 實驗三 : 弦波的頻率以及繪圖
# 用滑鼠點選以下程式碼，並按下"Play"鈕執行看看結果<br>

# In[6]:


#coding: utf-8
get_ipython().run_line_magic('matplotlib', 'inline')
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

t=np.arange(0,1,0.01)
pi=np.pi
curve=np.sin(2*pi*10*t);
curve2=np.sin(2*pi*5*t);
plt.plot(t,curve,'b',t,curve2,'r');


# ## 問題三
# 
# (1)假設橫軸時間單位為秒，請問curve及curve2各為幾Hz弦波(也就是在一秒內走了幾個週期)？<br>
# (新增一個"Markdown"區塊，回答此問題)<BR><BR>
# (2)又我們如何改變指令，畫出一個 3 Hz的Cosine波呢？<BR>
# (新增一個"CODE"區塊，回答此問題)
# ****************************************************************************************

# ##實驗四 : 影像運算
# 用滑鼠點選以下程式碼，並按下"Play"鈕執行看看結果<br>

# In[1]:


#coding: utf-8
get_ipython().run_line_magic('matplotlib', 'inline')
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x=np.array([0,0,0,1,1,1,1,0,0,0])
y=np.array([x,x,x,x,x,x,x,x,x,x])
print(y)
print(y.shape)
plt.figure(1)
plt.imshow(y,cmap='gray',interpolation='nearest')
y=np.array([x/5.,x/4.,x/3.,x/2.,x/1.,x,x,x,x,x])
plt.figure(2)
plt.imshow(y,cmap='gray',interpolation='nearest')


# ## 問題四
# * (1)請問y 矩陣的大小為何？<br>
# * (2)試完成一個10x10的矩陣，顯示一個白色十字。
# * (新增一個"CODE"區塊，回答此問題)
# ****************************************************************************************

# ## 實驗五 FIR三點平均 濾波器
# 
# ### 用滑鼠點選以下程式碼，並按下"Play"鈕執行看看結果<br>

# In[16]:


get_ipython().run_line_magic('matplotlib', 'inline')
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
n=np.arange(100)
w_hat=0.5
x_n=np.exp(1.0j*w_hat*n)
x_n_1=np.exp(1j*w_hat*(n-1))
x_n_2=np.exp(1j*w_hat*(n-2))
y=(x_n+x_n_1+x_n_2)/3

plt.figure(figsize=(15,5), dpi=300)
plt.plot(np.real(x_n),'r*-')
plt.plot(np.real(x_n_1),'g*-')
plt.plot(np.real(x_n_2),'b*-')

params = {'backend': 'ps',
          'xtick.labelsize': 24,
          'ytick.labelsize': 24,}
plt.rcParams.update(params)

plt.figure(figsize=(15,5), dpi=300)
plt.plot(np.real(x_n_2),'r*-')
plt.plot(np.real(y),'b*-')
print ("Amplitude: %f" % np.abs(y)[0])

params = {'backend': 'ps',
          'xtick.labelsize': 24,
          'ytick.labelsize': 24,}
plt.rcParams.update(params)


# In[11]:


ii=0
for w_hat in np.arange(-np.pi,np.pi,0.1):
    x_n=np.exp(1j*w_hat*n)
    x_n_1=np.exp(1j*w_hat*(n-1))
    x_n_2=np.exp(1j*w_hat*(n-2))
    y=(x_n*1/3+x_n_1*1/3+x_n_2*1/3)

    if ii==0:
        w_hat_all=np.array(w_hat)
        y_abs=np.array(np.abs(y)[0])
    else:
        w_hat_all=np.append(w_hat_all,w_hat)
        y_abs=np.append(y_abs,np.abs(y)[0])
 
    ii+=1
  
plt.plot(w_hat_all,y_abs)


# ## 問題五
# ### (1) 三點平均濾波器是何種濾波器?
# ### (2) 嘗試將頻率測試範圍由-pi~pi 改成-3pi~3pi 結果為何？
# ### (3) 嘗試畫出y[n]=x[n]-x[n-1]之頻率響應

# In[ ]: