Быстрое преобразование Фурье. Листинг программы FFT на C++ (N

fft.h

/* Fast Fourier Transformation ==================================================== Coded by Miroslav Voinarovsky, 2002 This source is freeware. */ #ifndef FFT_H_ #define FFT_H_ struct Complex; struct ShortComplex; /* Fast Fourier Transformation: direct (complement= false) and complement (complement = true). 'x' is data source. 'x' contains 2^T items. */ extern void fft(ShortComplex *x, int T, bool complement); struct ShortComplex { double re, im; inline void operator=(const Complex &y); }; struct Complex { long double re, im; inline void operator= (const Complex &y); inline void operator= (const ShortComplex &y); }; inline void ShortComplex::operator=(const Complex &y) { re = (double)y.re; im = (double)y.im; } inline void Complex::operator= (const Complex &y) { re = y.re; im = y.im; } inline void Complex::operator= (const ShortComplex &y) { re = y.re; im = y.im; } #endif

fft.cpp

/* Fast Fourier Transformation ==================================================== Coded by Miroslav Voinarovsky, 2002 This source is freeware. */ #include "fft.h" // This array contains values from 0 to 255 with reverse bit order static unsigned char reverse256[]= { 0x00, 0x80, 0x40, 0xC0, 0x20, 0xA0, 0x60, 0xE0, 0x10, 0x90, 0x50, 0xD0, 0x30, 0xB0, 0x70, 0xF0, 0x08, 0x88, 0x48, 0xC8, 0x28, 0xA8, 0x68, 0xE8, 0x18, 0x98, 0x58, 0xD8, 0x38, 0xB8, 0x78, 0xF8, 0x04, 0x84, 0x44, 0xC4, 0x24, 0xA4, 0x64, 0xE4, 0x14, 0x94, 0x54, 0xD4, 0x34, 0xB4, 0x74, 0xF4, 0x0C, 0x8C, 0x4C, 0xCC, 0x2C, 0xAC, 0x6C, 0xEC, 0x1C, 0x9C, 0x5C, 0xDC, 0x3C, 0xBC, 0x7C, 0xFC, 0x02, 0x82, 0x42, 0xC2, 0x22, 0xA2, 0x62, 0xE2, 0x12, 0x92, 0x52, 0xD2, 0x32, 0xB2, 0x72, 0xF2, 0x0A, 0x8A, 0x4A, 0xCA, 0x2A, 0xAA, 0x6A, 0xEA, 0x1A, 0x9A, 0x5A, 0xDA, 0x3A, 0xBA, 0x7A, 0xFA, 0x06, 0x86, 0x46, 0xC6, 0x26, 0xA6, 0x66, 0xE6, 0x16, 0x96, 0x56, 0xD6, 0x36, 0xB6, 0x76, 0xF6, 0x0E, 0x8E, 0x4E, 0xCE, 0x2E, 0xAE, 0x6E, 0xEE, 0x1E, 0x9E, 0x5E, 0xDE, 0x3E, 0xBE, 0x7E, 0xFE, 0x01, 0x81, 0x41, 0xC1, 0x21, 0xA1, 0x61, 0xE1, 0x11, 0x91, 0x51, 0xD1, 0x31, 0xB1, 0x71, 0xF1, 0x09, 0x89, 0x49, 0xC9, 0x29, 0xA9, 0x69, 0xE9, 0x19, 0x99, 0x59, 0xD9, 0x39, 0xB9, 0x79, 0xF9, 0x05, 0x85, 0x45, 0xC5, 0x25, 0xA5, 0x65, 0xE5, 0x15, 0x95, 0x55, 0xD5, 0x35, 0xB5, 0x75, 0xF5, 0x0D, 0x8D, 0x4D, 0xCD, 0x2D, 0xAD, 0x6D, 0xED, 0x1D, 0x9D, 0x5D, 0xDD, 0x3D, 0xBD, 0x7D, 0xFD, 0x03, 0x83, 0x43, 0xC3, 0x23, 0xA3, 0x63, 0xE3, 0x13, 0x93, 0x53, 0xD3, 0x33, 0xB3, 0x73, 0xF3, 0x0B, 0x8B, 0x4B, 0xCB, 0x2B, 0xAB, 0x6B, 0xEB, 0x1B, 0x9B, 0x5B, 0xDB, 0x3B, 0xBB, 0x7B, 0xFB, 0x07, 0x87, 0x47, 0xC7, 0x27, 0xA7, 0x67, 0xE7, 0x17, 0x97, 0x57, 0xD7, 0x37, 0xB7, 0x77, 0xF7, 0x0F, 0x8F, 0x4F, 0xCF, 0x2F, 0xAF, 0x6F, 0xEF, 0x1F, 0x9F, 0x5F, 0xDF, 0x3F, 0xBF, 0x7F, 0xFF, }; //This is minimized version of type 'complex'. All operations is inline static long double temp; inline void operator+=(ShortComplex &x, const Complex &y) { x.re += (double)y.re; x.im += (double)y.im; } inline void operator-=(ShortComplex &x, const Complex &y) { x.re -= (double)y.re; x.im -= (double)y.im; } inline void operator*=(Complex &x, const Complex &y) { temp = x.re; x.re = temp * y.re - x.im * y.im; x.im = temp * y.im + x.im * y.re; } inline void operator*=(Complex &x, const ShortComplex &y) { temp = x.re; x.re = temp * y.re - x.im * y.im; x.im = temp * y.im + x.im * y.re; } inline void operator/=(ShortComplex &x, double div) { x.re /= div; x.im /= div; } //This is array exp(-2*pi*j/2^n) for n= 1,...,32 //exp(-2*pi*j/2^n) = Complex( cos(2*pi/2^n), -sin(2*pi/2^n) ) static Complex W2n[32]={ {-1.00000000000000000000000000000000, 0.00000000000000000000000000000000}, // W2 calculator (copy/paste) : po, ps { 0.00000000000000000000000000000000, -1.00000000000000000000000000000000}, // W4: p/2=o, p/2=s { 0.70710678118654752440084436210485, -0.70710678118654752440084436210485}, // W8: p/4=o, p/4=s { 0.92387953251128675612818318939679, -0.38268343236508977172845998403040}, // p/8=o, p/8=s { 0.98078528040323044912618223613424, -0.19509032201612826784828486847702}, // p/16= { 0.99518472667219688624483695310948, -9.80171403295606019941955638886e-2}, // p/32= { 0.99879545620517239271477160475910, -4.90676743274180142549549769426e-2}, // p/64= { 0.99969881869620422011576564966617, -2.45412285229122880317345294592e-2}, // p/128= { 0.99992470183914454092164649119638, -1.22715382857199260794082619510e-2}, // p/256= { 0.99998117528260114265699043772857, -6.13588464915447535964023459037e-3}, // p/(2y9)= { 0.99999529380957617151158012570012, -3.06795676296597627014536549091e-3}, // p/(2y10)= { 0.99999882345170190992902571017153, -1.53398018628476561230369715026e-3}, // p/(2y11)= { 0.99999970586288221916022821773877, -7.66990318742704526938568357948e-4}, // p/(2y12)= { 0.99999992646571785114473148070739, -3.83495187571395589072461681181e-4}, // p/(2y13)= { 0.99999998161642929380834691540291, -1.91747597310703307439909561989e-4}, // p/(2y14)= { 0.99999999540410731289097193313961, -9.58737990959773458705172109764e-5}, // p/(2y15)= { 0.99999999885102682756267330779455, -4.79368996030668845490039904946e-5}, // p/(2y16)= { 0.99999999971275670684941397221864, -2.39684498084182187291865771650e-5}, // p/(2y17)= { 0.99999999992818917670977509588385, -1.19842249050697064215215615969e-5}, // p/(2y18)= { 0.99999999998204729417728262414778, -5.99211245264242784287971180889e-6}, // p/(2y19)= { 0.99999999999551182354431058417300, -2.99605622633466075045481280835e-6}, // p/(2y20)= { 0.99999999999887795588607701655175, -1.49802811316901122885427884615e-6}, // p/(2y21)= { 0.99999999999971948897151921479472, -7.49014056584715721130498566730e-7}, // p/(2y22)= { 0.99999999999992987224287980123973, -3.74507028292384123903169179084e-7}, // p/(2y23)= { 0.99999999999998246806071995015625, -1.87253514146195344868824576593e-7}, // p/(2y24)= { 0.99999999999999561701517998752946, -9.36267570730980827990672866808e-8}, // p/(2y25)= { 0.99999999999999890425379499688176, -4.68133785365490926951155181385e-8}, // p/(2y26)= { 0.99999999999999972606344874922040, -2.34066892682745527595054934190e-8}, // p/(2y27)= { 0.99999999999999993151586218730510, -1.17033446341372771812462135032e-8}, // p/(2y28)= { 0.99999999999999998287896554682627, -5.85167231706863869080979010083e-9}, // p/(2y29)= { 0.99999999999999999571974138670657, -2.92583615853431935792823046906e-9}, // p/(2y30)= { 0.99999999999999999892993534667664, -1.46291807926715968052953216186e-9}, // p/(2y31)= }; /* x: x - array of items T: 1 << T = 2 power T - number of items in array complement: false - normal (direct) transformation, true - reverse transformation */ void fft(ShortComplex *x, int T, bool complement) { unsigned int I, J, Nmax, N, Nd2, k, m, mpNd2, Skew; unsigned char *Ic = (unsigned char*) &I; unsigned char *Jc = (unsigned char*) &J; ShortComplex S; ShortComplex *Wstore, *Warray; Complex WN, W, Temp, *pWN; Nmax = 1 << T; //first interchanging for(I = 1; I < Nmax - 1; I++) { Jc[0] = reverse256[Ic[3]]; Jc[1] = reverse256[Ic[2]]; Jc[2] = reverse256[Ic[1]]; Jc[3] = reverse256[Ic[0]]; J >>= (32 - T); if (I < J) { S = x[I]; x[I] = x[J]; x[J] = S; } } //rotation multiplier array allocation Wstore = new ShortComplex[Nmax / 2]; Wstore[0].re = 1.0; Wstore[0].im = 0.0; //main loop for(N = 2, Nd2 = 1, pWN = W2n, Skew = Nmax >> 1; N <= Nmax; Nd2 = N, N += N, pWN++, Skew >>= 1) { //WN = W(1, N) = exp(-2*pi*j/N) WN= *pWN; if (complement) WN.im = -WN.im; for(Warray = Wstore, k = 0; k < Nd2; k++, Warray += Skew) { if (k & 1) { W *= WN; *Warray = W; } else W = *Warray; for(m = k; m < Nmax; m += N) { mpNd2 = m + Nd2; Temp = W; Temp *= x[mpNd2]; x[mpNd2] = x[m]; x[mpNd2] -= Temp; x[m] += Temp; } } } delete [] Wstore; if (complement) { for( I = 0; I < Nmax; I++ ) x[I] /= Nmax; } }

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Быстрое преобразование Фурье

Листинг программы FFT на C++ (N - степень 2)

fft.h

fft.cpp