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快速沃尔什转换

在计算数学中,一个与阿达马变换有高度相关的快速沃尔什转换(英语:fast Walsh–Hadamard transform,FWHTh)是一个十分有效率的算法,目的是计算阿达马变换。一个直观且基本的沃尔什转换,他的计算复杂度 大约是 O( N 2 {\displaystyle N^{2}} N^{2})。而快速沃尔什转换只需要 N log ⁡ N {\displaystyle N\log N} {\displaystyle N\log N} 个加法或是减法即可。

输入向量(1,0,1,0,0,1,1,0)的例子

而快速沃尔什转换是一个分而治之的算法,是一个常见的递回方法,将大小为 N {\displaystyle N} N的沃尔什转换拆成两个大小为 N / 2 {\displaystyle N/2} N/2 的沃尔什转换。这样的写法是根据 2 N × 2 N {\displaystyle 2N\times 2N} {\displaystyle 2N\times 2N}阿达马矩阵 H N {\displaystyle H_{N}} {\displaystyle H_{N}}的递回定义:

H N = 1 2 ( H N − 1 H N − 1 H N − 1 − H N − 1 ) . {\displaystyle H_{N}={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{pmatrix}H_{N-1}&H_{N-1}\\H_{N-1}&-H_{N-1}\end{pmatrix}}.} {\displaystyle H_{N}={\frac {1}{\sqrt {2}}}{\begin{pmatrix}H_{N-1}&H_{N-1}\\H_{N-1}&-H_{N-1}\end{pmatrix}}.}

其中 1 / 2 {\displaystyle 1/{\sqrt {2}}} {\displaystyle 1/{\sqrt {2}}} 的正规化项可以提出或省略掉。

沃尔什矩阵,又叫沃尔什序列,快速沃尔什转换FWHTw,就是用上面的作法计算以后,把输出结果排成序列。

相关条目

  • 快速傅立叶转换
  • 沃尔什转换
  • 阿达马变换

参考资料

  • Fino, B. J.; Algazi, V. R. Unified Matrix Treatment of the Fast Walsh–Hadamard Transform. IEEE Transactions on Computers. 1976, 25 (11): 1142–1146. doi:10.1109/TC.1976.1674569. 
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