C語言求Fibonacci斐波那契數(shù)列通項問題的解法總結(jié)
一:遞歸實現(xiàn)
使用公式f[n]=f[n-1]+f[n-2],依次遞歸計算,遞歸結(jié)束條件是f[1]=1,f[2]=1。
二:數(shù)組實現(xiàn)
空間復(fù)雜度和時間復(fù)雜度都是0(n),效率一般,比遞歸來得快。
三:vector<int>實現(xiàn)
時間復(fù)雜度是0(n),時間復(fù)雜度是0(1),就是不知道vector的效率高不高,當(dāng)然vector有自己的屬性會占用資源。
四:queue<int>實現(xiàn)
當(dāng)然隊列比數(shù)組更適合實現(xiàn)斐波那契數(shù)列,時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度和vector<int>一樣,但隊列太適合這里了,
f(n)=f(n-1)+f(n-2),f(n)只和f(n-1)和f(n-2)有關(guān),f(n)入隊列后,f(n-2)就可以出隊列了。
五:迭代實現(xiàn)
迭代實現(xiàn)是最高效的,時間復(fù)雜度是0(n),空間復(fù)雜度是0(1)。
六:公式實現(xiàn)
百度的時候,發(fā)現(xiàn)原來斐波那契數(shù)列有公式的,所以可以使用公式來計算的。
由于double類型的精度還不夠,所以程序算出來的結(jié)果會有誤差,如果把公式展開計算,得出的結(jié)果就是正確的。
完整的實現(xiàn)代碼如下:
#include "iostream" #include "queue" #include "cmath" using namespace std; int fib1(int index) //遞歸實現(xiàn) { if(index<1) { return -1; } if(index==1 || index==2) return 1; return fib1(index-1)+fib1(index-2); } int fib2(int index) //數(shù)組實現(xiàn) { if(index<1) { return -1; } if(index<3) { return 1; } int *a=new int[index]; a[0]=a[1]=1; for(int i=2;i<index;i++) a[i]=a[i-1]+a[i-2]; int m=a[index-1]; delete a; //釋放內(nèi)存空間 return m; } int fib3(int index) //借用vector<int>實現(xiàn) { if(index<1) { return -1; } vector<int> a(2,1); //創(chuàng)建一個含有2個元素都為1的向量 a.reserve(3); for(int i=2;i<index;i++) { a.insert(a.begin(),a.at(0)+a.at(1)); a.pop_back(); } return a.at(0); } int fib4(int index) //隊列實現(xiàn) { if(index<1) { return -1; } queue<int>q; q.push(1); q.push(1); for(int i=2;i<index;i++) { q.push(q.front()+q.back()); q.pop(); } return q.back(); } int fib5(int n) //迭代實現(xiàn) { int i,a=1,b=1,c=1; if(n<1) { return -1; } for(i=2;i<n;i++) { c=a+b; //輾轉(zhuǎn)相加法(類似于求最大公約數(shù)的輾轉(zhuǎn)相除法) a=b; b=c; } return c; } int fib6(int n) { double gh5=sqrt((double)5); return (pow((1+gh5),n)-pow((1-gh5),n))/(pow((double)2,n)*gh5); } int main(void) { printf("%d\n",fib3(6)); system("pause"); return 0; }
七:二分矩陣方法
如上圖,F(xiàn)ibonacci 數(shù)列中任何一項可以用矩陣冪算出,而n次冪是可以在logn的時間內(nèi)算出的。
下面貼出代碼:
void multiply(int c[2][2],int a[2][2],int b[2][2],int mod) { int tmp[4]; tmp[0]=a[0][0]*b[0][0]+a[0][1]*b[1][0]; tmp[1]=a[0][0]*b[0][1]+a[0][1]*b[1][1]; tmp[2]=a[1][0]*b[0][0]+a[1][1]*b[1][0]; tmp[3]=a[1][0]*b[0][1]+a[1][1]*b[1][1]; c[0][0]=tmp[0]%mod; c[0][1]=tmp[1]%mod; c[1][0]=tmp[2]%mod; c[1][1]=tmp[3]%mod; }//計算矩陣乘法,c=a*b int fibonacci(int n,int mod)//mod表示數(shù)字太大時需要模的數(shù) { if(n==0)return 0; else if(n<=2)return 1;//這里表示第0項為0,第1,2項為1 int a[2][2]={{1,1},{1,0}}; int result[2][2]={{1,0},{0,1}};//初始化為單位矩陣 int s; n-=2; while(n>0) { if(n%2 == 1) multiply(result,result,a,mod); multiply(a,a,a,mod); n /= 2; }//二分法求矩陣冪 s=(result[0][0]+result[0][1])%mod;//結(jié)果 return s; }
附帶的再貼上二分法計算a的n次方函數(shù)。
int pow(int a,int n) { int ans=1; while(n) { if(n&1) ans*=a; a*=a; n>>=1; } return ans; }
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