使用FFT算法计算

2024-05-11

给定在平面上的点 (1,0), (2,0), .... (n,0) 上发现的一组 n 个粒子电荷载流子。 在 (i,0) 点发现的粒子电荷记为 Qi。作用在粒子上的力由以下公式给出:

enter image description here C is a Coulomb's constant.

给出一个算法来计算 Fi,对于总复杂度为 O(nlgn) 的所有粒子。 提示:使用FFT算法。

看起来 Fi 已经分为偶数点和奇数点了..

我想过将每个总和相除来计算 FFT(但除以什么..?) 然后总是对一半的点求和(因为这就是 FFT 的原因),然后减去公式中给出的总和的结果。

知道如何做得更好吗?


看起来像家庭作业,因此没有提供适合您的案例的实际代码,而是提供一些示例和提示。
for FFT类算法:

  1. 将数据集大小设置为2通过零填充

    所以除以两半很简单(没有余数)

  2. 创建递归函数来计算类似 FFT 的东西

    其中对数据集重新排序,将其分成两半并递归调用 self 两次(每次使用不同的一半数据)并添加 if 语句以开始。如果数据集size<=1 or 2然后直接返回计算值以确保递归停止。

    在这两个递归调用之后,将数据重新排序并将它们组合成结果

  3. 如果需要,从结果中删除零填充

例如我的就是这样NTT看起来像(数论变换)

//---------------------------------------------------------------------------
void fourier_NTT:: NTT_fast(DWORD *dst,DWORD *src,DWORD n,DWORD w)
    {
    // recursion stop condition if the data is single number ...
    if (n<=1) { if (n==1) dst[0]=src[0]; return; }
    DWORD i,j,a0,a1,n2=n>>1,w2=modmul(w,w);
    // reorder even,odd to dst array
    for (i=0,j=0;i<n2;i++,j+=2) dst[i]=src[j];
    for (    j=1;i<n ;i++,j+=2) dst[i]=src[j];
    // recursion
    NTT_fast(src   ,dst   ,n2,w2);  // even
    NTT_fast(src+n2,dst+n2,n2,w2);  // odd
    // restore results
    for (w2=1,i=0,j=n2;i<n2;i++,j++,w2=modmul(w2,w))
        {
        a0=src[i];
        a1=modmul(src[j],w2);
        dst[i]=modadd(a0,a1);
        dst[j]=modsub(a0,a1);
        }
    }
//---------------------------------------------------------------------------

完整的源代码和更多信息是here https://stackoverflow.com/q/18577076/2521214.

始终将快速实施结果与慢速实施结果进行比较!

随着数据集大小的增加,某些系数或索引中的小错误可能会导致结果出现巨大差异。

上面的实现速度很慢NTT功能:

//---------------------------------------------------------------------------
void fourier_NTT:: NTT_slow(DWORD *dst,DWORD *src,DWORD n,DWORD w)
    {
    DWORD i,j,wj,wi,a,n2=n>>1;
    for (wj=1,j=0;j<n;j++)
        {
        a=0;
        for (wi=1,i=0;i<n;i++)
            {
            a=modadd(a,modmul(wi,src[i]));
            wi=modmul(wi,wj);
            }
        dst[j]=a;
        wj=modmul(wj,w);
        }
    }
//---------------------------------------------------------------------------

[Notes]

  1. 现在你有了分离方程

    导出直接计算的值和通过 2x 半递归调用计算的值之间的系数差,并相应地恢复结果,以便输出与正确的结果匹配。

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