递归题目之斐波那契数列
原题:用递归求第10个数,它等于前2数之和,如{1,1,2,3,5}
得到递归式为f(n)=f(n-1)+f(n-2),终止条件为f(0)=1, f(1)=1。求的数为f(9)。
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 int f(int n)
5 {
6 if (n==1 || n==0)
7 {
8 return 1;
9 }
10 else
11 {
12 return f(n-2)+f(n-1);
13 }
14 }
15
16 int main()
17 {
18 cout<<f(9)<<endl;
19
20 return 0;
21 }
22
由于递归式比较简单,所以这个程序也就没有什么好说的。
但是关于斐波那契,还是有不少内容来探讨。
斐波那契数列最初出现是计算兔子的数目,所以又被称为“兔子数列”,所以看到农夫养牛等问题,还是可以联系上的。
关于斐波那契的讨论,主要集中在对其的优化,以及其扩展题目上,递归已经由只有一项在变,变成两项在变了。其扩展的题目,如何得到递归式,如何透过现象来将递归式写出来,才是真正的要点。
包括农夫养牛问题,爬楼梯问题,打靶问题等等,应该算起来都算是斐波那契问题的一些扩展。
【扩展】
1. 一个农夫养了一头牛,三年后,这头牛每年会生出1头牛,生出来的牛三年后,又可以每年生出一头牛……问农夫10年后有多少头牛?n年呢
老外喜欢养牛,在很多题目中都可以看到奶牛还是什么牛的身影。这道题目的网址为:
http://topic.csdn.net/u/20091001/15/40bf4993-8ed7-45cc-968f-97c524dae3c4.html?80749
而前段时间园子中有兄弟已经详细探讨了这个问题。
http://www.cnblogs.com/chinese-zmm/archive/2009/10/31/1593586.html
关于这个问题,其实一开始遇到是使用模拟的思路去想的,而且想得比较的糊涂,因为牛生下来之后,并不是马上就可以生小牛,是在三年后,每年生一头牛,那假设某一年,就有能生小牛的,还有一年生小牛的,还有两年生小牛的,然后就自己把自己绕住了。
但是,其实没有这么复杂,就是将其分为能生小牛的和不能生小牛的。
从而得到:
今年的牛的数目=去年的牛的数目+三年前牛的数目
也就是f(n)=f(n-1)+f(n-3)
这里
f(n-2) 第一年
f(n-1) 第二年
f(n) 第三年
看了一下题目,应该是三年后,那就应该是n-3。
代码如下:
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 int Fibonacci(int n)
5 {
6 if (n==1 || n==2 || n==3)
7 {
8 return 1;
9 }
10 return Fibonacci(n-1)+Fibonacci(n-3);
11 }
12
13 int main()
14 {
15 cout<<Fibonacci(10+1)<<endl;
16 }
这里输入参数为n+1,是因为是n年后的数目,所以需要加1。
这道题目,也可以使用数组将运算的结果保存下来,然后直接进行计算,这就是常说的动态规划。
代码如下:
1 int Fibonacci2(int n)
2 {
3 int *num=new int[n];
4 num[0]=num[1]=num[2]=1;
5 for (int i=3;i<n;i++)
6 {
7 num[i]=num[i-1]+num[i-3];
8 }
9 int ret=num[n-1];
10 delete []num;
11 return ret;
12 }
13
14 int main()
15 {
16 cout<<Fibonacci2(10+1)<<endl;
17 }
上面的程序使用了n个的数组来存,但是其实并不需要,只需要3个数参与运算即可。
而园子中的兄弟在这个基础上又做了两个扩展,一个是将特殊一般化,也就是不单单是3年,如果是m年呢?
如果m年则得到
f(n)=f(n-1)+f(n-m)
同时这里的牛只有生没有死,那加上到了一定的时间牛就会死呢?
假设牛到了第8年就挂了。
那就可以得到
f(n)=f(n-1)+f(n-3)-f(n-8)
2. 打靶问题: 一个人打靶,成绩为0~10之间的任意一个整数。包括0和10。一共打了10次总共得分89分。问得分的可能性。
可以得到比较明显的一个递归式,f(n)=x+f(n-1),而x的取值为0-10之间的任意一个整数。
所以我们需要去做一个变化的x,其实也就是一个循环来得到。
因为要求的结果为得分的可能性,所以我们要将结果保存起来,然后每遇到结果为89的,则将保存的结果打印出来,然后统计+1,所以我们需要一个10个数的数组来做这件事情。
递归终止条件是当n为0时终止,此时来判断分值并进行相应的操作。
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 int countresult;
5 int store[10];
6
7
8 void getscore(int sum, int n)
9 {
10 if(sum<0 || sum+(n+1)*10<89 || sum>89)
11 return;
12 if(n==0)
13 {
14 //check the number
15 if(sum==89)
16 {
17 for(int i=0;i<10;i++)
18 cout<<store[i]<<" ";
19 cout<<endl;
20 countresult++;
21 }
22 return;
23 }
24 for(int i=0;i<=10;i++)
25 {
26 store[10-n]=i;
27 getscore(sum+i,n-1);
28 }
29 }
30
31 int main()
32 {
33 getscore(0,10);
34 cout<<"总数"<<countresult<<endl;
35 return 0;
36 }
注意上面的代码,其实上面还是应用了递归中常使用的一种做法--剪枝。
上面的代码并不太好,比较好的是下面的代码,但是两种方法作出的值是一样的。
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 int sum;
5 int store[10];
6
7 void Output()
8 {
9 for(int i = 9; i>=0; --i)
10 {
11 cout<<store[i]<<" ";
12 }
13 cout<<endl;
14 ++sum;
15 }
16
17 void Cumput(int score, int num)
18 {
19 if(score < 0 || score > (num+1)*10 ) //次数num为0~9
20 return;
21 if(num == 0)
22 {
23 store[num] = score;
24 Output();
25 return;
26 }
27 for(int i = 0; i <= 10; ++i)
28 {
29 store[num] = i;
30 Cumput(score - i, num - 1);
31 }
32 }
33
34 int main(int argc, char* argv[])
35 {
36 Cumput(89, 9);
37 cout<<"总数:"<<sum<<endl;
38 return 0;
39 }
上面代码参考:http://www.cnblogs.com/lds85930/archive/2007/07/05/807198.html
其实这里的话题很广,涉及到具体的各种优化,如何提高执行的时间(当然,前提是要保证结果的正确性),不过对于算法这个还是了解不深啊,大家可以看看这些,给些意见。
3. 爬楼梯问题:
一个N级的楼梯,一个人每次可以爬一级,也可以爬两级,问如果给定一个N要求输出所有的爬楼方法,并统计出方法数 。
可以思考,在第n级的时候,可以通过f(n-1)爬1级得到,也可以通过f(n-2)爬两级得到,如果f(n-2)爬1级,也就是又到f(n- 1),其实是涵盖在前面一种情况下的。所以得到递归公式: f(n)=f(n-1)+f(n-2),很明显,得到递归公式后,就是斐波那契数列。
再扩展,如果每次可以爬一级,也可以爬两级,也可以爬三级。那此时递归公式怎么推?
此时就要加上f(n-3)的情况,而f(n-3)上面爬2级,爬1级,又回到f(n-2)或者f(n-1),所以得到递归式为
f(n)=f(n-1)+f(n-2)+f(n-3)
关于斐波那契的类似问题很多,但是如何思考得到递归式是重点,当得到正确的递归式后,就明白是斐波那契,那就能够直接使用斐波那契相关的方法来做该问题了。
最后有一道思考题,是概率题:
一副52张的牌(去掉大小鬼),4张A排在一起的概率是多少?
为了避免误解题意,将原题也放在这里 (A deck of 52 cards is shuffled thoroughly. What is the probability that the 4 aces are all next to each other?)
从中选择:
(a) 4!49!/52!
(b) 1/52!
(c) 4!/52!
(d) 4!48!/52!
(e) 都不是
(f) 是未知的