C语言实现FFT算法
#include <stdio.h>#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#define N 8
/*复数结构体类型*/
typedef struct{
double realPart;
double imaginaryPart;
}complexNumber;
complexNumber x, W; //序列数组以及旋转因子数组
int size_x=N;
double PI=atan(1)*4; //圆周率
void fastFourierOperation();//快速傅里叶变换算法
void initRotationFactor();//生成旋转因子数组
void changePosition(); //偶奇变换算法
void outputArray(); //遍历输出数组
void add(complexNumber ,complexNumber ,complexNumber*); //复数加法
void mul(complexNumber ,complexNumber ,complexNumber*); //复数乘法
void sub(complexNumber ,complexNumber ,complexNumber*); //复数减法
/*长度为1024的冲激序列 */
void init1()
{
printf("Example：度为1024的冲激序列\n");
x.realPart=1;
x.imaginaryPart=0;
for(int i=1;i<N;i++)
{
x.realPart=0;
x.imaginaryPart=0;
}
}
/*长度为1024的矩形序列 */
void init2()
{
printf("Example：长度为1024的矩形序列\n");
for(int i=0;i<N;i++)
{
x.realPart=1;
x.imaginaryPart=0;
}
}
/*长度为1024的sin序列 */
void init3()
{
printf("Example：长度为1024的sin序列\n");
for(int i=0;i<N;i++)
{
x.realPart=sin(2*PI*i/N);
x.imaginaryPart=0;
}
}
/*长度为1024的cos序列 */
void init4()
{
printf("Example：长度为1024的cos序列\n");
for(int i=0;i<N;i++)
{
x.realPart=cos(2*PI*i/N);
x.imaginaryPart=0;
}
}
int main()
{
init3(); //调用不同的初始化函数，使用不同的例程进行测试
printf("=============================================================================================================================================================================================\n");
printf("输出原序列：\n");
outputArray();
initRotationFactor();//生成旋转因子数组
fastFourierOperation();//调用快速傅里叶变换
printf("\n\n=============================================================================================================================================================================================\n");
printf("输出FFT后的结果：\n");
outputArray(); //遍历输出数组
return 0;
}
/*快速傅里叶变换*/
void fastFourierOperation()
{
int l=0;
complexNumber up,down,product;
changePosition(); //偶奇变换算法
for(int i=0;i<log(size_x)/log(2);i++) //一级蝶形运算
{
l=1<<i;
for(int j=0;j<size_x;j+= 2*l ) //一组蝶形运算
{
for(int k=0;k<l;k++) //一个蝶形运算
{
mul(x,W,&product);
add(x,product,&up);
sub(x,product,&down);
x=up;
x=down;
}
}
}
}
/*生成旋转因子数组*/
void initRotationFactor()
{
for(int i=0;i<size_x/2;i++)
{
W.realPart=cos(2*PI/size_x*i);//用欧拉公式计算旋转因子
W.imaginaryPart=-1*sin(2*PI/size_x*i);
}
}
/*偶奇变换算法*/
void changePosition()
{
int j=0,k;//待会儿进行运算时需要用到的变量
complexNumber temp;
for (int i=0;i<size_x-1;i++)
{
if(i<j)
{
//若倒序数大于顺序数，进行变址（换位）；否则不变，防止重复交换，变回原数
temp=x;
x=x;
x=temp;
}
k=size_x/2; //判断j的最高位是否为0
while(j>=k)
{ //最高位为1
j=j-k;
k=k/2;
}
j=j+k; //最高位为0
}
printf("\n\n=============================================================================================================================================================================================\n");
printf("输出倒序后的结果：\n");
outputArray();
}
/*遍历输出数组*/
void outputArray()
{
int num=0;
for(int i=0;i<size_x;i++)
{
if(x.imaginaryPart<0)
{
printf("%.4f-j%.4f ",x.realPart,fabs(x.imaginaryPart));
}
else
{
printf("%.4f+j%.4f ",x.realPart,x.imaginaryPart);
}
num++;
if(num==10){
printf("\n");
num=0;
}
}
}
/*复数加法的定义*/
void add(complexNumber a,complexNumber b,complexNumber *c)
{
c->realPart=a.realPart+b.realPart;
c->imaginaryPart=a.imaginaryPart+b.imaginaryPart;
}
/*复数乘法的定义*/
void mul(complexNumber a,complexNumber b,complexNumber *c)
{
c->realPart=a.realPart*b.realPart - a.imaginaryPart*b.imaginaryPart;
c->imaginaryPart=a.realPart*b.imaginaryPart + a.imaginaryPart*b.realPart;
}
/*复数减法的定义*/
void sub(complexNumber a,complexNumber b,complexNumber *c)
{
c->realPart=a.realPart-b.realPart;
c->imaginaryPart=a.imaginaryPart-b.imaginaryPart;
}
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