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C#实现傅里叶变换算法

article 2024/12/24 11:36:18

在C#中实现傅里叶变换（Fourier Transform）算法，通常有两种主要的方法：自己编写实现代码，或者利用现有的数学和信号处理库。由于傅里叶变换算法涉及复杂的数学运算，特别是快速傅里叶变换（FFT），因此使用现有的、经过优化的库通常是更好的选择。

不过，为了学习的目的，我可以向你展示一个简化版的离散傅里叶变换（DFT）的实现。请注意，这个实现并不是最高效的，也不适合处理大数据集，因为它没有利用FFT的算法优化 (*^_^*)。

以下是一个简单的C#代码示例，用于计算一维复数数组的离散傅里叶变换：

using System;  
using System.Numerics; // 需要添加对System.Numerics的引用，它提供了Complex结构  
  
public class FourierTransform  
{  
    // 计算一维复数数组的离散傅里叶变换  
    public static Complex[] ComputeDFT(Complex[] input)  
    {  
        int N = input.Length;  
        Complex[] output = new Complex[N];  
  
        for (int k = 0; k < N; k++)  
        {  
            Complex sum = Complex.Zero;  
            for (int n = 0; n < N; n++)  
            {  
                double angle = -2.0 * Math.PI * k * n / N;  
                Complex twiddle = Complex.FromPolarCoordinates(1.0, angle);  
                sum += input[n] * twiddle;  
            }  
            output[k] = sum;  
        }  
  
        return output;  
    }  
  
    // 逆离散傅里叶变换可以通过将DFT的结果除以N并取共轭复数来实现（忽略全局相位因子）  
    public static Complex[] ComputeInverseDFT(Complex[] input)  
    {  
        int N = input.Length;  
        Complex[] output = new Complex[N];  
  
        for (int k = 0; k < N; k++)  
        {  
            Complex sum = Complex.Zero;  
            for (int n = 0; n < N; n++)  
            {  
                double angle = 2.0 * Math.PI * k * n / N;  
                Complex twiddle = Complex.FromPolarCoordinates(1.0, angle);  
                sum += input[n] * Complex.Conjugate(twiddle); // 注意这里取共轭  
            }  
            output[k] = sum / N; // 除以N得到逆变换  
        }  
  
        return output;  
    }  
  
    public static void Main()  
    {  
        // 示例数据：一个简单的复数数组  
        Complex[] data = { new Complex(1, 0), new Complex(0, 0), new Complex(-1, 0), new Complex(0, 0) };  
  
        // 计算DFT  
        Complex[] dftResult = ComputeDFT(data);  
  
        // 打印DFT结果  
        Console.WriteLine("DFT Result:");  
        foreach (var result in dftResult)  
        {  
            Console.WriteLine(result);  
        }  
  
        // 计算逆DFT  
        Complex[] idftResult = ComputeInverseDFT(dftResult);  
  
        // 打印逆DFT结果（应该接近原始数据）  
        Console.WriteLine("Inverse DFT Result:");  
        foreach (var result in idftResult)  
        {  
            Console.WriteLine(result);  
        }  
    }  
}

注意：