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斐波那契数列

发布: 2023年2月14日 10:17:50

斐波那契数列的概念

        斐波那契数列（Fibonacci sequence），又称黄金分割数列，因数学家莱昂纳多·斐波那契（Leonardoda Fibonacci）以兔子繁殖为例子而引入，故又称为“兔子数列”。

        斐波那契数列指的是这样一个数列：

        0，1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89，144，233，377，610，987，1597，2584，4181，6765，10946，17711……

        它的规律是：这个数列从第 3 项开始，每一项都等于前两项之和。

        在数学上，斐波那契数列以如下被以递推的方法定义：F(0)=0，F(1)=1, F(n)=F(n - 1)+F(n - 2)（n ≥ 2，n ∈ N*），显然，斐波那契数列是一个线性递推数列。

斐波那契数列的实现

        常用的实现斐波那契数列的方法分为两大类：递归和循环。

1. 递归实现

#include 
int F(int n) //斐波那契数列函数 递归形式
{
    if(n == 0) //初始化
		return 0;
	if(n == 1 || n == 2)
		return 1;
    return F(n-1) + F(n-2);  //如果n != 1 && n != 2 进行递归运算
}

int main()
{
    int t,n;
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
    	scanf("%d",&n);
    	printf("%dn", F(n));
	}
    return 0;
}

2. 迭代实现（优先使用）

6091: 斐波那契数列

#include 
int fibonacci(int n) //定义斐波那契函数
{
    if(n == 0)	 //定义初始值
        return 0;   
    if(n == 1 || n == 2)	
        return 1;
    int a=1,b=1,c=0;    //定义初始值
//用一个for循环，a、b分别为前两项，c为前两项之和，得到c后进行交换更新a、b的值，进行n次交换即可。
    for(int i=3;i<=n;i++)    //更新操作
    {
    	c = a+b;
    	a = b;
    	b = c;
	}
	return c;  //c即为结果输出
}

int main()
{
    int t,n;
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
    	scanf("%d",&n);
    	printf("%dn", fibonacci(n));
	}
    return 0;
}

        递归和迭代的改进算法可以参考微 光的斐波那契数列。 

        因为递归算法存在着大量的重复计算，在N趋近于较大值时，可能会造成内存溢出或超时的情况，又因为使用迭代算法的情况下同样可以实现计算斐波那契数列第N项的功能，所以在N值很大时我们优先使用迭代算法。

斐波那契数列的应用

  • 10个连续的斐波那契数的和 = 第7个数的11倍
  • 前n项和 =  第 n + 2 项 - 第 2 项 
  • 从第 2 项开始，第 2n - 1 项的平方比 2n * (2n - 2) 多1；第 2n 项的平方比 2n * (2n - 2) 少1。

1. 黄金分割

黄金分割：把任一线段分割成两段，使 大段/全段 = 小段/大段， 比值经过计算之后，就是黄金分割比。

        斐波那契数列：随着数列项数的增加，前一项与后一项之比越来越逼近黄金分割的数值 0.6180339887..…

        卢卡斯数列：斐波那契数列的推广形式，卢卡斯数列的形式为：1， 3， 4， 7， 11， 18，29，47……卢卡斯数列的相邻两项比值的极限恰好也是二分之根号五减一，即黄金分割比。所以说，卢卡斯抓住了斐波那契数列的本质。

#include
int main()
{
	double f[100];
	f[1]=1, f[2]=1;
	for(int i=3; i<=50; i++)
	{
		f[i]=f[i-1]+f[i-2];
	}
	int n;
	scanf("%d",&n);
	printf("%.10lfn",f[n]/f[n+1]);
 }

2. 杨辉三角

        如图所示作45度斜线，之后做直线的平行线，将每条直线所经过的数，即得之和即为斐波那契数列。

3. 兔子数列

        斐波那契数列又因数学家列昂纳多·斐波那契以兔子繁殖为例子而引入，故又称为“兔子数列”。

        兔子数列是指：一般而言，兔子在出生两个月后，就有繁殖能力，一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔子都不死，那么一年以后可以繁殖多少对兔子？

        很容易发现“兔子数列”问题和斐波那契数列问题相同，都是一样的解法。

1376: 母牛的故事

#include 
void DataInit(int *a)
{
    for(int i = 4; i < 55; i++)
        a[i] = a[i-1] + a[i-3];
}
int main()
{
    int a[55] = {0, 1, 2, 3};
    int n;
    DataInit(a);
    while(scanf("%d", &n)!=EOF)
    if(n)
        printf("%ldn", a[n]);
    else break;
    return 0;
}

4. 排列组合

        有一段楼梯，有 10 级台阶，规定每一步只能跨一级或两级，要登上第 10 级台阶有几种不同的走法?

        这也是一个斐波那契数列：

        登第一级台阶，有一种走法，0->1；

        登第二级台阶，有两种走法，0->1->2，0->2；

        登第三级台阶，有三种走法，0->1->2->3，0->1->3，0->2->3；

        登第四级台阶，有五种走法，0->1->2->3->4，0->1->2->4，0->1->3->4，0->2->3->4，0->2->4；

        ......

        即1， 2， 3， 5， 8， 13，......到10级，就是89种走法，与斐波那契数列的规律契合。

        类似的斐波那契数列的规律运用还有很多。

        （1， 1， 2， 3， 5， 8， 13， 21， 33， 54， 89......）

5. 矩形面积

        右下图可知，斐波那契数列与矩形面积的生成相关。

        

        不难发现一个规律，即生成的矩形中，所有小正方形的面积之和等于大矩形的面积。即： 

学习参考来自：小半、的神奇的斐波那契数列！ 和 静-静的雪的漫谈斐波那契数列与黄金分割比 

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