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php实现卷积

2026-02-28 11:23:52PHP

PHP实现卷积操作

卷积操作在图像处理、信号处理等领域有广泛应用。PHP虽然不如Python等语言在科学计算方面强大，但通过数组操作和循环依然可以实现基本的卷积功能。

基本卷积实现

对于一维数组的卷积操作，可以使用以下代码：

function convolve1D($input, $kernel) {
    $inputLength = count($input);
    $kernelLength = count($kernel);
    $outputLength = $inputLength + $kernelLength - 1;
    $output = array_fill(0, $outputLength, 0);

    for ($i = 0; $i < $inputLength; $i++) {
        for ($j = 0; $j < $kernelLength; $j++) {
            $output[$i + $j] += $input[$i] * $kernel[$j];
        }
    }

    return $output;
}

二维图像卷积

对于图像处理常用的二维卷积，实现如下：

function convolve2D($image, $kernel) {
    $imageHeight = count($image);
    $imageWidth = count($image[0]);
    $kernelHeight = count($kernel);
    $kernelWidth = count($kernel[0]);
    $output = array_fill(0, $imageHeight, array_fill(0, $imageWidth, 0));

    $padHeight = floor($kernelHeight / 2);
    $padWidth = floor($kernelWidth / 2);

    $paddedImage = array_fill(0, $imageHeight + 2 * $padHeight, 
                    array_fill(0, $imageWidth + 2 * $padWidth, 0));

    // 填充图像
    for ($i = 0; $i < $imageHeight; $i++) {
        for ($j = 0; $j < $imageWidth; $j++) {
            $paddedImage[$i + $padHeight][$j + $padWidth] = $image[$i][$j];
        }
    }

    // 执行卷积
    for ($i = 0; $i < $imageHeight; $i++) {
        for ($j = 0; $j < $imageWidth; $j++) {
            $sum = 0;
            for ($m = 0; $m < $kernelHeight; $m++) {
                for ($n = 0; $n < $kernelWidth; $n++) {
                    $sum += $paddedImage[$i + $m][$j + $n] * $kernel[$m][$n];
                }
            }
            $output[$i][$j] = $sum;
        }
    }

    return $output;
}

使用示例

一维卷积示例：

$input = [1, 2, 3, 4];
$kernel = [0.5, 1, 0.5];
$result = convolve1D($input, $kernel);
print_r($result);

二维卷积示例：

$image = [
    [1, 2, 3],
    [4, 5, 6],
    [7, 8, 9]
];
$kernel = [
    [-1, -1, -1],
    [-1,  8, -1],
    [-1, -1, -1]
];
$result = convolve2D($image, $kernel);
print_r($result);