Уровень алгоритма

Участник:Ivanov.kir.m/Быстрое дискретное преобразование Фурье: различия между версиями

Материал из Алговики
Перейти к навигации Перейти к поиску
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 1: Строка 1:
{{algorithm
| name              = Алгоритм Кули-Тьюки одномерного преобразования Фурье для действительных чисел
| serial_complexity = <math>O (n log_{2} n)</math>
| pf_height        = <math>O (log_{2} n)</math>
| pf_width          = <math>n</math>
| input_data        = <math>n</math> действительных чисел
| output_data      = <math>\lfloor N/2 \rfloor+1</math> комплексных чисел
}}
'''Быстрое преобразование Фурье (БПФ, FFT)''' — алгоритм быстрого  вычисления дискретного преобразования Фурье (ДПФ). То есть, алгоритм вычисления за количество действий, меньшее чем <math>O(N^{2})</math>, требуемых для прямого (по формуле) вычисления ДПФ. Иногда под БПФ понимается один из быстрых алгоритмов, называемый алгоритмом прореживания по частоте/времени или алгоритмом по основанию 2, имеющий сложность <math>O(N\log(N))</math>.
'''Быстрое преобразование Фурье (БПФ, FFT)''' — алгоритм быстрого  вычисления дискретного преобразования Фурье (ДПФ). То есть, алгоритм вычисления за количество действий, меньшее чем <math>O(N^{2})</math>, требуемых для прямого (по формуле) вычисления ДПФ. Иногда под БПФ понимается один из быстрых алгоритмов, называемый алгоритмом прореживания по частоте/времени или алгоритмом по основанию 2, имеющий сложность <math>O(N\log(N))</math>.
= ЧАСТЬ. Свойства и структура алгоритмов =
= ЧАСТЬ. Свойства и структура алгоритмов =
Строка 4: Строка 12:


== Общее описание алгоритма ==
== Общее описание алгоритма ==
 
Одним из вариантов '''быстрого преобразования Фурье''' для вектора '''действительных чисел''' с размерностью равной степени двойки является '''алгоритм Кули-Тьюки'''. Отличительной особенностью данного алгоритма является то, что он обходится без использования специфических приемов, использующихся именно для степеней четверки, восьмерки и т.п. Однако благодаря тому, что на вход данному алгоритму подается вектор чисто вещественных чисел, выходной вектор удовлетворяет '''эрмитовой избыточности''' (''Hermitian redundancy'') , т.е.  <math>out[i]</math> является сопряженным с <math>out[n-i]</math>. Это обстоятельство позволяет достичь роста скорости и снижения затрат памяти примерно в 2 раза по сравнению с комплексным аналогом алгоритма.


== Математическое описание алгоритма ==
== Математическое описание алгоритма ==
Строка 40: Строка 48:


== Локальность данных и вычислений ==
== Локальность данных и вычислений ==


== Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма ==
== Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма ==

Версия от 10:07, 18 сентября 2016


Алгоритм Кули-Тьюки одномерного преобразования Фурье для действительных чисел
Последовательный алгоритм
Последовательная сложность [math]\displaystyle{ O (n log_{2} n) }[/math]
Объём входных данных [math]\displaystyle{ n }[/math] действительных чисел
Объём выходных данных [math]\displaystyle{ \lfloor N/2 \rfloor+1 }[/math] комплексных чисел
Параллельный алгоритм
Высота ярусно-параллельной формы [math]\displaystyle{ O (log_{2} n) }[/math]
Ширина ярусно-параллельной формы [math]\displaystyle{ n }[/math]

Быстрое преобразование Фурье (БПФ, FFT) — алгоритм быстрого  вычисления дискретного преобразования Фурье (ДПФ). То есть, алгоритм вычисления за количество действий, меньшее чем [math]\displaystyle{ O(N^{2}) }[/math], требуемых для прямого (по формуле) вычисления ДПФ. Иногда под БПФ понимается один из быстрых алгоритмов, называемый алгоритмом прореживания по частоте/времени или алгоритмом по основанию 2, имеющий сложность [math]\displaystyle{ O(N\log(N)) }[/math].

ЧАСТЬ. Свойства и структура алгоритмов

Общее описание алгоритма

Одним из вариантов быстрого преобразования Фурье для вектора действительных чисел с размерностью равной степени двойки является алгоритм Кули-Тьюки. Отличительной особенностью данного алгоритма является то, что он обходится без использования специфических приемов, использующихся именно для степеней четверки, восьмерки и т.п. Однако благодаря тому, что на вход данному алгоритму подается вектор чисто вещественных чисел, выходной вектор удовлетворяет эрмитовой избыточности (Hermitian redundancy) , т.е. [math]\displaystyle{ out[i] }[/math] является сопряженным с [math]\displaystyle{ out[n-i] }[/math]. Это обстоятельство позволяет достичь роста скорости и снижения затрат памяти примерно в 2 раза по сравнению с комплексным аналогом алгоритма.

Математическое описание алгоритма

Вычислительное ядро алгоритма

Макроструктура алгоритма

Схема реализации последовательного алгоритма

Последовательная сложность алгоритма

Информационный граф

Ресурс параллелизма алгоритма

Входные и выходные данные алгоритма

Свойства алгоритма

ЧАСТЬ. Программная реализация алгоритма

Особенности реализации последовательного алгоритма

Локальность данных и вычислений

Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма

Существующие реализации алгоритма

Литература

[1] Википедия [Электронный ресурс]. Тема: Быстрое преобразование Фурье – Электрон. дан. – URL Быстрое преобразование Фурье (дата обращения 17.09.2016)