串行 FFT 递归算法(蝶式递归计算原理)求傅里叶变换摘要 FFT,即为快速傅氏变换,是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的
它对傅氏变换的理论并没有新的发现,但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换,可以说是进了一大步
设 x(n)为 N 项的复数序列,由 DFT 变换,任一 X(m)的计算都需要 N 次复数乘法和 N-1 次复数加法,而一次复数乘法等于四次实数乘法和两次实数加法,一次复数加法等于两次实数加法,即使把一次复数乘法和一次复数加法定义成一次“运算”(四次实数乘法和四次实数加法),那么求出 N 项复数序列的 X(m),即 N 点 DFT 变换大约就需要 N^2 次运算
当 N=1024 点甚至更多的时候,需要 N2=1048576 次运算,在 FFT 中,利用 WN 的周期性和对称性,把一个 N 项序列(设 N=2k,k 为正整数),分为两个 N/2 项的子序列,每个N/2 点 DFT 变换需要(N/2)^2 次运算,再用 N 次运算把两个 N/2 点的 DFT 变换组合成一个N 点的 DFT 变换
这样变换以后,总的运算次数就变成 N+2(N/2)^2=N+N^2/2
继续上面的例子,N=1024 时,总的运算次数就变成了 525312 次,节省了大约 50%的运算量
而如果我们将这种“一分为二”的思想不断进行下去,直到分成两两一组的 DFT 运算单元,那么 N点的 DFT 变换就只需要 Nlog(2)(N)次的运算,N 在 1024 点时,运算量仅有 10240 次,是先前的直接算法的 1%,点数越多,运算量的节约就越大,这就是 FFT 的优越性
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