Zaimplementuj szybką transformację Fouriera w jak najmniejszej liczbie postaci.

Zasady:

• Najkrótsze rozwiązanie wygrywa
• Można założyć, że wejściem jest tablica 1D, której długość jest potęgą dwóch.
• Możesz użyć wybranego algorytmu, ale rozwiązaniem musi być szybka transformata Fouriera, a nie tylko naiwna dyskretna transformata Fouriera (to znaczy, że musi ona mieć asymptotyczny koszt obliczeniowy $O(N \log N)$ )

Edytować:

• kod powinien implementować standardową szybką transformatę Fouriera, której formę można zobaczyć w równaniu (3) tego artykułu Wolfram ,

  

• Używanie funkcji FFT z wcześniej istniejącej standardowej biblioteki lub pakietu statystyk jest niedozwolone. Wyzwanie polega na zwięzłym wdrożeniu samego algorytmu FFT.

Mathematica, 95 bajtów

Kolejne wdrożenie Cooley – Tukey FFT z pomocą @ chyaong .

{n=Length@#}~With~If[n>1,Join[+##,#-#2]&[#0@#[[;;;;2]],#0@#[[2;;;;2]]I^Array[-4#/n&,n/2,0]],#]&

Bez golfa

FFT[x_] := With[{N = Length[x]},
  If[N > 1,
    With[{a = FFT[ x[[1 ;; N ;; 2]] ], 
          b = FFT[ x[[2 ;; N ;; 2]] ] * Table[E^(-2*I*Pi*k/N), {k, 0, N/2 - 1}]},
      Join[a + b, a - b]],
    x]]

J, 37 bajtów

_2&(0((+,-)]%_1^i.@#%#)&$:/@|:]\)~1<#

Poprawa po kilku latach. Nadal używa algorytmu Cooley-Tukey FFT.

Zapisano 4 bajty przy użyciu e ^πi = -1, dzięki @ Leaky Nun .

Wypróbuj online!

Stosowanie

   f =: _2&(0((+,-)]%_1^i.@#%#)&$:/@|:]\)~1<#
   f 1 1 1 1
4 0 0 0
   f 1 2 3 4
10 _2j2 _2 _2j_2
   f 5.24626 3.90746 3.72335 5.74429 4.7983 8.34171 4.46785 0.760139
36.9894 _6.21186j0.355661 1.85336j_5.74474 7.10778j_1.13334 _0.517839 7.10778j1.13334 1.85336j5.74474 _6.21186j_0.355661

Wyjaśnienie

_2&(0((+,-)]%_1^i.@#%#)&$:/@|:]\)~1<#  Input: array A
                                    #  Length
                                  1<   Greater than one?
_2&(                            )~     Execute this if true, else return A
_2                            ]\         Get non-overlapping sublists of size 2
    0                       |:           Move axis 0 to the end, equivalent to transpose
                          /@             Reduce [even-indexed, odd-indexed]
                       &$:               Call recursively on each 
                   #                     Get the length of the odd list
                i.@                      Range from 0 to that length exclusive
                    %#                   Divide each by the odd length
             _1^                         Compute (-1)^x for each x
           ]                             Get the odd list
            %                            Divide each in that by the previous
       +                                 Add the even values and modified odd values
         -                               Subtract the even values and modified odd values
        ,                                Join the two lists and return

Python, 166 151 150 znaków

Wykorzystuje to algorytm radole-2 Cooley-Tukey FFT

from math import*
def F(x):N=len(x);t=N<2or(F(x[::2]),F(x[1::2]));return N<2and x or[
a+s*b/e**(2j*pi*n/N)for s in[1,-1]for(n,a,b)in zip(range(N),*t)]

Testowanie wyniku

>>> import numpy as np
>>> x = np.random.random(512)
>>> np.allclose(F(x), np.fft.fft(x))
True

Python 3: 140 134 113 znaków

Wersja krótka - krótka i słodka, mieści się w tweecie (dzięki dzięki milom ):

from math import*
def f(v):
 n=len(v)
 if n<2:return v
 a,b=f(v[::2])*2,f(v[1::2])*2;return[a[i]+b[i]/1j**(i*4/n)for i in range(n)]

(W Pythonie 2, /jest obcinanie podział, gdy obie strony są liczbami całkowitymi. Więc możemy zastąpić (i*4/n)przez(i*4.0/n) , który wpada długość do 115 znaków).

Długa wersja - większa przejrzystość wnętrza klasycznego Cooley-Tukey FFT:

import cmath
def transform_radix2(vector):
    n = len(vector)
    if n <= 1:  # Base case
        return vector
    elif n % 2 != 0:
        raise ValueError("Length is not a power of 2")
    else:
        k = n // 2
        even = transform_radix2(vector[0 : : 2])
        odd  = transform_radix2(vector[1 : : 2])
        return [even[i % k] + odd[i % k] * cmath.exp(i * -2j * cmath.pi / n) for i in range(n)]

R: 142 133 99 95 bajtów

Dzięki @Giuseppe za pomoc w goleniu 32 36 bajtów!

f=function(x,n=sum(x|1),y=1:(n/2)*2)`if`(n>1,f(x[-y])+c(b<-f(x[y]),-b)*exp(-2i*(y/2-1)*pi/n),x)

Dodatkową sztuczką jest użycie domyślnych argumentów funkcji głównej, aby utworzyć wystąpienie niektórych zmiennych.
Użycie jest nadal takie samo:

x = c(1,1,1,1)
f(x)
[1] 4+0i 0+0i 0+0i 0+0i

4-letnia wersja o wielkości 133 bajtów:

f=function(x){n=length(x);if(n>1){a=Recall(x[seq(1,n,2)]);b=Recall(x[seq(2,n,2)]);t=exp(-2i*(1:(n/2)-1)*pi/n);c(a+b*t,a-b*t)}else{x}}

Z wcięciami:

f=function(x){
    n=length(x)
    if(n>1){
        a=Recall(x[seq(1,n,2)])
        b=Recall(x[seq(2,n,2)])
        t=exp(-2i*(1:(n/2)-1)*pi/n)
        c(a+b*t,a-b*t)
        }else{x}
    }

Wykorzystuje również algorytm Cooleya-Tukeya. Jedynymi sztuczkami są tutaj użycie funkcji, Recallktóra pozwala na rekurencyjność i zastosowanie wektoryzacji R, która znacznie skraca rzeczywiste obliczenia.

Stosowanie:

x = c(1,1,1,1)
f(x)
[1] 4+0i 0+0i 0+0i 0+0i

Python, 134

To mocno zapożycza z rozwiązania jakevdp, więc ustawiłem to na wiki społeczności.

from math import*
F=lambda x:x*(len(x)<2)or[a+s*b/e**(2j*pi*n/len(x))for s in(1,-1)for n,(a,b)in
enumerate(zip(F(x[::2]),F(x[1::2])))]

Zmiany:

-12 znaków: zabij t.

def F(x):N=len(x);t=N<2or(F(x[::2]),F(x[1::2]));return ... in zip(range(N),*t)]
def F(x):N=len(x);return ... in zip(range(N),F(x[::2]),F(x[1::2]))]

-1 char: wykładnik sztuczki, x*y**-z == x/y**z (może to pomóc niektórym innym)

...[a+s*b*e**(-2j*pi*n/N)...
...[a+s*b/e**(2j*pi*n/N)...

-2 znak zamienić andz*

...return N<2and x or[
...return x*(N<2)or[

+1 char: lambdaize, zabijanieN

def F(x):N=len(x);return x*(N<2)or[a+s*b/e**(2j*pi*n/N) ... zip(range(N) ...
F=lambda x:x*(len(x)<2)or[a+s*b/e**(2j*pi*n/len(x)) ... zip(range(len(x)) ...

-2 char: użyj enumeratezamiastzip(range(len(

...for(n,a,b)in zip(range(len(x)),F(x[::2]),F(x[1::2]))]
...for n,(a,b)in enumerate(zip(F(x[::2]),F(x[1::2])))]

C 259

typedef double complex cplx;
void fft(cplx buf[],cplx out[],int n,int step){
if(step < n){
fft(out, buf,n, step * 2);
fft(out+step,buf+step,n,step*2);
for(int i=0;i<n;i+=2*step){
cplx t=cexp(-I*M_PI*i/n)*out[i+step];
buf[i/2]=out[i]+t;
buf[(i+n)/2]=out[i]-t;
}}}

Problem polega na tym, że takie implementacje są bezużyteczne, a prosty algorytm jest DUŻO szybszy.

Matlab, 128 118 107 102 101 94 93 bajty

EDIT6: dzięki @algmyr za kolejny bajt!

function Y=f(Y);
n=numel(Y);
k=2:2:n;
if k;
   c=f(Y(k-1));
   d=f(Y(k)).*i.^(2*(2-k)/n);
   Y=[c+d;c-d];
end

EDIT5: Wciąż się skraca :) dzięki @sanchises

function Y=f(Y)
n=numel(Y);
k=2:2:n;
if k;
   c=f(Y(k-1));
   d=f(Y(k)).*(-1).^((2-k)/n);
   Y=[c+d;c-d];
end

EDYCJA 4: Tak, -1 znak więcej (mógł również zrobić bez k):

function Y=f(Y)
n=numel(Y);
if n>1;
   k=2:2:n;
   c=f(Y(k-1));
   d=f(Y(k)).*(-1).^((k/2-1)*2/n)';
   Y=[c+d;c-d];
end

EDIT2 / 3: Dzięki za @sanchises za dalsze ulepszenia!

function Y=f(Y)
n=numel(Y);  
if n>1;
   c=f(Y(1:2:n));
   d=f(Y(2:2:n)).*(-1).^(-(0:n/2-1)*2/n).';
   Y=[c+d;c-d]; 
end

EDYCJA: Może wprowadzić pewne ulepszenia i zauważyłem, że stała skalowania nie jest wymagana.

To jest wersja rozszerzona, liczba znaków jest ważna, jeśli usuniesz nowe linie / spacje. (Działa tylko w przypadku wektorów kolumnowych).

function y=f(Y)
n=numel(Y);  
y=Y;
if n>1;
   c=f(Y(1:2:n));
   d=f(Y(2:2:n));
   n=n/2;
   d=d.*exp(-pi*i*(0:n-1)/n).';
   y=[c+d;c-d]; 
end

Galaretka, 31 30 28 26 bajtów , niekonkurujące

LḶ÷$N-*×,N$+ḷF
s2Z߀ç/µ¹Ṗ?

Galaretka powstała po tym wyzwaniu, więc nie konkuruje.

Wykorzystuje algorytm rekurencyjny Cooley-Tukey radix-2. W przypadku wersji bez gry w golfa zobacz moją odpowiedź w Mathematica.

Wypróbuj online lub Zweryfikuj wiele przypadków testowych .

Wyjaśnienie

LḶ÷$N-*×,N$+ḷF  Helper link. Input: lists A and B
L               Get the length of A
   $            Operate on that length
 Ḷ                Make a range [0, 1, ..., length-1]
  ÷               Divide each by length
    N           Negate each
     -          The constant -1
      *         Compute -1^(x) for each x in that range
       ×        Multiply elementwise between that range and B, call it B'  
          $     Operate on that B'
         N        Negate each
        ,         Make a list [B', -B']
            ḷ   Get A
           +    Add vectorized, [B', -B'] + A = [A+B', A-B']
             F  Flatten that and return

s2Z߀ç/µ¹Ṗ?  Main link. Input: list X
         Ṗ   Curtail - Make a copy of X with the last value removed
          ?  If that list is truthy (empty lists are falsey)
       µ       Parse to the left as a monad
s2             Split X into sublists of length 2
  Z            Transpose them to get [even-index, odd-index]
   ߀          Call the main link recursively on each sublist
     ç/        Call the helper link as a dyad on the sublists and return
             Else
        ¹      Identity function on X and return

C (gcc) , 188 186 184 183 bajtów

#define d(a,b,c)f(a,b,c,1,0)
f(a,b,c,n,k)_Complex*a,*b;{_Complex z[c];*b=*a;if(n<c)for(f(a,z,c,n*2),f(a+n,z+n,c,n*2);k<c;k+=n*2)b[k+c>>1]=z[k]*2-(b[k/2]=z[k]+z[k+n]/cpow(1i,2.*k/c));}

Wypróbuj online!

Nieco mniej golfa

#define d(a,b,c)f(a,b,c,1,0)
f(a,b,c,n,k)_Complex*a,*b;{
  _Complex z[c];
  *b=*a;
  if(n<c)
    for(f(a,z,c,n*2),f(a+n,z+n,c,n*2);k<c;k+=n*2)
      b[k+c>>1]=z[k]*2-(b[k/2]=z[k]+z[k+n]/cpow(1i,2.*k/c));
}

Pari / GP, 76 znaków

X(v)=my(t=-2*Pi*I/#v,s);vector(#v,k,s=t*(k-1);sum(n=0,#v-1,v[n+1]*exp(s*n)))

Stosowanie

X([1,1,1,1])
%2 = [4.000000000000000000000000000, 0.E-27 + 0.E-28*I, 0.E-28 + 0.E-27*I, 0.E-27 + 0.E-28*I]

Oktawa , 109 103 101 100 bajtów

f(f=@(f)@(x,n=rows(x)){@(d=f(f)(x(k=2:2:n)).*i.^((k*2-4)/n)')[d+(c=f(f)(x(k-1)));c-d],x}{1+(n<2)}())

Wypróbuj online!

Ooooo, krwawię z tej rekurencyjnej przeklętej lambdy. Duża część tego została usunięta z odpowiedzi @ flawr.

f(                                          % lambda function
  f=@(f)                                    % defined in its own argument list, 
                                            % accepts itself as parameter (for recursion)
    @(x,n=rows(x)){                         % calls another lambda,
                                            % 2nd parameter is just to define a variable
      @(d=f(f)(x(k=2:2:n)).*i.^((k*2-4)/n)')% 1/4 of FFT (argument just defines a variable)
        [d+(c=f(f)(x(k-1)));                % 2/4 of FFT
         c-d                                % 4/4 of FFT
        ],                                  % This is in a @()[] to inhibit evaluation
                                            % unless actually called
      x                                     % FFT of length 1
    }{1+(n<2)}                              % if len(x)==1, return x
                                            % else return [d+c;c-d]
  ()                                        % this is probably important too
)

Axiom, 259 , 193 , 181 , 179 bajtów

L(g,n,f)==>[g for i in 1..n|f]
h(a)==(n:=#a;n=1=>a;c:=h(L(a.i,n,odd? i));d:=h(L(a.i,n,even? i));n:=n/2;t:=1>0;v:=L(d.i*%i^(-2*(i-1)/n),n,t);append(L(c.i+v.i,n,t),L(c.i-v.i,n,t)))

Nawet jeśli h (a) zdałby cały test i byłby w porządku jako wpis do tej „konkurencji”, należy wywołać h () lub hlp () poprzez fft () poniżej, aby sprawdzić argumenty . Nie wiem, czy to oprogramowanie może być w porządku, ponieważ widziałem tylko to, co napisali inni, i szukałem sposobu, w jaki mógłby on działać w Axiomie, aby uzyskać jakiś możliwy właściwy wynik. Poniżej niemodyfikowany kod z kilkoma komentarzami:

-- L(g,n,f)==>[g for i in 1..n|f]
-- this macro L, build one List from other list, where in g, there is the generic element of index i
-- (as a.i, or a.i*b.i or a.i*4), n build 1..n that is the range of i, f is the condition 
-- for insert the element in the list result.

hlp(a)==
    n:=#a;n=1=>a
    -- L(a.i,n,odd? i)  it means build a list getting "even indices i of a.i as starting from index 0" [so even is odd and odd is even]
    -- L(a.i,n,even? i) it means build a list getting "odd  indices i of a.i as starting from index 0"
    c:=hlp(L(a.i,n,odd? i));d:=hlp(L(a.i,n,even? i))
    n:=n/2;t:=1>0
    v:=L(d.i*%i^(-2*(i-1)/n),n,t)
    append(L(c.i+v.i,n,t),L(c.i-v.i,n,t))

-- Return Fast Fourier transform of list a, in the case #a=2^n
fft(a)==(n:=#a;n=0 or gcd(n,2^30)~=n=>[];hlp(a))

(5) -> h([1,1,1,1])
   (5)  [4,0,0,0]
                                    Type: List Expression Complex Integer
(6) -> h([1,2,3,4])
   (6)  [10,- 2 + 2%i,- 2,- 2 - 2%i]
                                    Type: List Expression Complex Integer
(7) -> h([5.24626,3.90746,3.72335,5.74429,4.7983,8.34171,4.46785,0.760139])
   (7)
   [36.989359, - 6.2118552150 341603904 + 0.3556612739 187363298 %i,
    1.85336 - 5.744741 %i, 7.1077752150 341603904 - 1.1333387260 812636702 %i,
    - 0.517839, 7.1077752150 341603904 + 1.1333387260 812636702 %i,
    1.85336 + 5.744741 %i,
    - 6.2118552150 341603904 - 0.3556612739 187363298 %i]
                                      Type: List Expression Complex Float
(8) -> h([%i+1,2,%i-2,9])
   (8)  [10 + 2%i,3 + 7%i,- 12 + 2%i,3 - 7%i]
                                    Type: List Expression Complex Integer

w kilku widziałem, że h () lub fft () zwróci dokładne rozwiązanie, ale jeśli uproszczenie nie jest dobre, jak w:

(13) -> h([1,2,3,4,5,6,7,8])
   (13)
                    +--+                                   +--+
        (- 4 + 4%i)\|%i  - 4 + 4%i             (- 4 - 4%i)\|%i  - 4 + 4%i
   [36, --------------------------, - 4 + 4%i, --------------------------, - 4,
                    +--+                                   +--+
                   \|%i                                   \|%i
            +--+                                   +--+
    (- 4 + 4%i)\|%i  + 4 - 4%i             (- 4 - 4%i)\|%i  + 4 - 4%i
    --------------------------, - 4 - 4%i, --------------------------]
                +--+                                   +--+
               \|%i                                   \|%i
                                    Type: List Expression Complex Integer

wystarczy zmienić typ tylko jednego elementu listy, jak w poniższym piśmie 8. (Float), aby znaleźć przybliżone rozwiązanie:

(14) -> h([1,2,3,4,5,6,7,8.])
   (14)
   [36.0, - 4.0000000000 000000001 + 9.6568542494 923801953 %i, - 4.0 + 4.0 %i,
    - 4.0 + 1.6568542494 92380195 %i, - 4.0, - 4.0 - 1.6568542494 92380195 %i,
    - 4.0 - 4.0 %i, - 4.0 - 9.6568542494 923801953 %i]
                                      Type: List Expression Complex Float

Napisałem to, widziałem wszystkie inne odpowiedzi, ponieważ w linku strona była zbyt trudna, więc nie wiem, czy ten kod może być poprawny. Nie jestem ekspertem od fft, więc wszystko to może (jest prawdopodobne) być błędne.

APL (NARS), 58 znaków, 116 bajtów

{1≥k←≢⍵:⍵⋄(∇⍵[y∼⍨⍳k])(+,-)(∇⍵[y←2×⍳t])×0J1*t÷⍨2-2×⍳t←⌊k÷2}

test

  f←{1≥k←≢⍵:⍵⋄(∇⍵[y∼⍨⍳k])(+,-)(∇⍵[y←2×⍳t])×0J1*t÷⍨2-2×⍳t←⌊k÷2}
  f 1 1 1 1
4J0 0J0 0J0 0J0 
  f 1 2 3 4
10J0 ¯2J2 ¯2J0 ¯2J¯2 
  f 1J1 2 ¯2J1  9
10J2 3J7 ¯12J2 3J¯7 
  f 5.24626,3.90746,3.72335,5.74429,4.7983,8.34171,4.46785,0.760139
36.989359J0 ¯6.211855215J0.3556612739 1.85336J¯5.744741 7.107775215J¯1.133338726 ¯0.517839J0 
  7.107775215J1.133338726 1.85336J5.744741 ¯6.211855215J¯0.3556612739