Implementieren Sie die schnelle Fourier-Transformation in möglichst wenigen Zeichen.

Regeln:

• Kürzeste Lösung gewinnt
• Es kann angenommen werden, dass der Eingang ein 1D-Array ist, dessen Länge eine Zweierpotenz ist.
• Sie können den Algorithmus Ihrer Wahl verwenden, aber die Lösung muss tatsächlich eine schnelle Fouriertransformation sein, nicht nur eine naive diskrete Fouriertransformation (dh es müssen asymptotische Berechnungskosten von $O(N \log N)$ ).

Bearbeiten:

• Der Code sollte die standardmäßige schnelle Fourier-Vorwärtstransformation implementieren, deren Form in Gleichung (3) dieses Wolfram-Artikels zu sehen ist.

  

• Die Verwendung einer FFT-Funktion aus einer vorhandenen Standardbibliothek oder einem Statistikpaket ist nicht zulässig. Hier besteht die Herausforderung darin, den FFT-Algorithmus selbst kurz und bündig zu implementieren .

Mathematica, 95 Bytes

Eine weitere Implementierung der Cooley-Tukey-FFT mit Hilfe von @ chyaong .

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

Ungolfed

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 Bytes

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

Eine Verbesserung nach ein paar Jahren. Verwendet weiterhin den Cooley-Tukey-FFT-Algorithmus.

4 Bytes mit e ^πi = -1 dank @ Leaky Nun ^gespeichert .

Probieren Sie es online!

Verwendungszweck

   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

Erläuterung

_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 Zeichen

Hierbei wird der Cooley-Tukey-FFT-Algorithmus von Radix-2 verwendet

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)]

Das Ergebnis testen

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

Python 3: 140 134 113 Zeichen

Kurze Version - kurz und süß, passt in einen Tweet (dank Meilen ):

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)]

(In Python 2 /wird die Division abgeschnitten, wenn beide Seiten Ganzzahlen sind. Wir ersetzen also (i*4/n)durch (i*4.0/n), wodurch die Länge auf 115 Zeichen erhöht wird.)

Lange Version - mehr Klarheit in die Interna des klassischen 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 Bytes

Vielen Dank an @ Giuseppe für die Hilfe beim Rasieren von 32 bis 36 Bytes!

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)

Ein zusätzlicher Trick besteht darin, die Standardargumente der Hauptfunktion zu verwenden, um einige Variablen zu instanziieren.
Die Verwendung ist immer noch die gleiche:

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

4 Jahre alte Version mit 133 Bytes:

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}}

Mit Einrückungen:

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}
    }

Es wird auch der Cooley-Tukey-Algorithmus verwendet. Die einzigen Tricks hier sind die Verwendung von Funktionen Recall, die Rekursivität ermöglichen, und die Verwendung von R-Vektorisierung, die die tatsächliche Berechnung erheblich verkürzen.

Verwendungszweck:

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

Python, 134

Dies basiert stark auf der Lösung von jakevdp, daher habe ich dieses Wiki auf ein Community-Wiki gesetzt.

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])))]

Änderungen:

-12 Zeichen: töten 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 Zeichen: Exponententrick x*y**-z == x/y**z (dies könnte einigen anderen helfen)

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

-2 Zeichen: Ersetzen anddurch*

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

+1 lambdaZeichen : Ize, tötenN

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 Zeichen: Verwenden Sie enumerateanstelle vonzip(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;
}}}

Das Problem ist, dass solche Implementierungen nutzlos sind und der einfache Algorithmus VIEL schneller ist.

Matlab, 128 118 107 102 101 94 93 Bytes

EDIT6: danke @algmyr für ein weiteres Byte!

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: Immer noch kürzer :) dank @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

EDIT4: Yay, -1 Zeichen mehr (hätte auch ohne das gehen können 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: Danke für @sanchises für weitere Verbesserungen!

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

BEARBEITEN: Konnte einige Verbesserungen vornehmen und stellte fest, dass die Skalierungskonstante nicht erforderlich ist.

Dies ist die erweiterte Version. Die Anzahl der Zeichen ist gültig, wenn Sie die Zeilenumbrüche / Leerzeichen entfernen. (Funktioniert nur für Spaltenvektoren.)

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

Jelly, 31 30 28 26 Bytes , nicht konkurrierend

LḶ÷$N-*×,N$+ḷF
s2Z߀ç/µ¹Ṗ?

Jelly wurde nach dieser Herausforderung entwickelt und ist daher nicht konkurrierend.

Dies verwendet den rekursiven Cooley-Tukey-Radix-2-Algorithmus. Für eine Version ohne Golf siehe meine Antwort in Mathematica.

Probieren Sie es online aus oder überprüfen Sie mehrere Testfälle .

Erläuterung

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 Bytes

#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));}

Probieren Sie es online!

Etwas weniger golfen

#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 Zeichen

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)))

Verwendungszweck

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]

Oktave , 109 103 101 100 Bytes

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)}())

Probieren Sie es online!

Ooooo bluten meine Augen von diesem rekursiven verfluchten Lambda. Große Teile davon wurden aus der Antwort von @flawr gestrichen.

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 Bytes

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)))

Selbst wenn h (a) den gesamten Test bestehen könnte und als Eintrag für diesen "Wettbewerb" in Ordnung wäre, muss man unten h () oder hlp () bis fft () aufrufen, um die Argumente zu überprüfen . Ich weiß nicht, ob diese Software in Ordnung ist, weil ich nur gesehen habe, was andere geschrieben haben, und nach der Art und Weise gesucht habe, wie sie in Axiom ausgeführt werden kann, um ein mögliches richtiges Ergebnis zu erhalten. Unter ungolfed Code mit ein paar Kommentaren:

-- 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

In den wenigen Fällen, in denen ich h () oder fft () gesehen hatte, würde die exakte Lösung zurückgegeben, aber wenn die Vereinfachung nicht gut ist, wie in:

(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

als es genug ist, ändern Sie den Typ von nur einem Element der Liste, wie im folgenden Schreiben von 8. (Float), um die ungefähre Lösung zu finden:

(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

Ich habe es geschrieben, alle anderen Antworten gesehen, weil es in dem Link auf der Seite zu schwierig war, so dass ich nicht weiß, ob dieser Code richtig sein kann. Ich bin kein FFT-Experte, also kann all dies (es ist wahrscheinlich) falsch sein.

APL (NARS), 58 Zeichen, 116 Byte

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

Prüfung

  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