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斐波那契数列:让你不一样的数列探索

来源:环光参考网

斐波那契数列,又称黄金分割数列,是指这样一个数列:0、1、1、2、3、5、8、13、21、34......特别指出:第0项是0,第1项是第一个1。

斐波那契数列的发现和研究源于哥德尔、艾舍尔、巴赫(GEB)这本书。我们来说说这个有趣的数列。

首先我们从一个兔子问题开始:如果有一对兔子,从出生后第三个月起每个月都生一对兔子,新生的一对兔子从出生后第三个月后又每个月生一对兔子,假如兔子都不死,问每个月的兔子总数为多少?

我们把这个问题先放在一边,另先看另一个问题:一个人在第n个月完全靠将父母赠送的100元钱生活。他从第一个月开始行动,他的生活费用每个月都是前一个月的生活费用的倍数。即第一个月100元,第二个月200元(100元的两倍),第三个月400元(200元的两倍)......依次类推。假如这个人可以靠这笔钱一直生活下去,那么他在第几个月会跨进第一桶金(即累计生活费支出达到10万元)呢?

上面两个问题看似毫不相关,但是,有趣的是答案是完全相同的。

【图片】斐波那契数列:让你不一样的数列探索

看到图片中那个一块块的蜂窝状东西了么?就是斐波那契数列的一个良好应用吧。现在开始从问题本身来解释斐波那契数列,这是一个非常优美、简洁、神奇数列,常常出现在自然界中。

讲得简单一点:斐波那契数列是这样一个数列0、1、1、2、3、5、8、13、21、34......在这个数列中每一个数是该数前面两个数的和。

那我们来看看和兔子问题之间的联系吧。我们假设在n个月时有F(n)对兔子,由前提可知它以以下递归方式生成——第一个月有一对兔子,从第三个月起每个月都有新出生的兔子加入,因此第n个月的兔子总数为它前两个月的总兔子数之和。换句话说,F(n)=F(n-1) F(n-2)。我们把F(0)=0、F(1)=1置于不等式起始处,得到如下不等式:

F(0)=0F(1)=1F(2)=F(1) F(0)=1F(3)=F(2) F(1)=2F(4)=F(3) F(2)=3F(5)=F(4) F(3)=5F(6)=F(5) F(4)=8......

我们结合斐波那契数列的公式和这个不等式,可以将此问题简单地表述如下:若F(n)代表第n个月的兔子对数,那么有:F(n)=F(n-1) F(n-2)(n>=2,n∈N*)。

是不是看起来有些复杂呢?不用担心,理解数据结构的小伙伴应该都知道算法分析中的时间与空间复杂度。经过分析,我们可以得到如下公式用于求解:


  • 时间复杂度:O(2^n)
  • 空间复杂度:O(1)

以上公式对程序员来说可能意义更大一些,对其他人来说,只需要知道斐波那契数列是如此优美、巧妙和神奇就可以了。所以,当下一次和朋友聊天,看到依次递增的数字时,请大声地说出:“这是斐波那契数列,你知道它的由来吗?很有趣哦!”

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