我必须找到所有斐波纳契数的第一个k位数,直到斐波那契数列2*10^6。
很明显,我们不能将斐波那契数的值存储在任何变量中。即使计算所有的斐波那契数本身也要花费大量的计算时间。那么,有没有办法只得到斐波那契数的前k位,而不生成整个数呢?
发布于 2015-10-03 20:41:27
这里有一种方法,它不会生成所有的数字。当涉及到快速找到斐波那契数时,有一个O(k log n)
过程,其中O(k)
是将F(n)
与F(n-1)
相乘所需的时间。它利用了F(n)
恰好是矩阵a
的a[0][1]
元素这一事实,这是简单矩阵(reference)的n-th
幂。所以你可以使用exponentiation by squaring。下面是一个简单的python实现:
def matrix_mult(a, b):
return ((a[0][0]*b[0][0] + a[0][1]*b[1][0],
a[0][0]*b[0][1] + a[0][1]*b[1][1]),
(a[1][0]*b[0][0] + a[1][1]*b[1][0],
a[1][0]*b[0][1] + a[1][1]*b[1][1]))
def matrix_pow(a, k):
if k == 0:
return ((1, 0), (0, 1))
t = matrix_pow(a, k//2)
t2 = matrix_mult(t, t)
if k % 2 == 0:
return t2
return matrix_mult(t2, a)
def fib(n):
a = ((1, 1), (1, 0))
return matrix_pow(a, n)[0][1]
def get_first_k(n, k):
return str(fib(n))[:k]
for n in range(10 ** 2, 10 ** 2 + 10):
print(get_first_k(n, 3))
#output
#first 3 digits actual number
354 #354224848179261915075
573 #573147844013817084101
927 #927372692193078999176
150 #1500520536206896083277
242 #2427893228399975082453
392 #3928413764606871165730
635 #6356306993006846248183
102 #10284720757613717413913
166 #16641027750620563662096
269 #26925748508234281076009
对于n = 2 * 10 ** 5
,它需要大约5s
来计算F_n
,考虑到问题的性质,这是合理的。
以下是Java的替代方案
package stackoverflow;
import java.math.BigInteger;
public class Fibonacci {
public static class Matrix {
BigInteger[][] a;
public Matrix(BigInteger n0, BigInteger n1, BigInteger n2, BigInteger n3) {
a = new BigInteger[][]{{n0, n1}, {n2, n3}};
}
public BigInteger get(int i, int j) {
return a[i][j];
}
@Override
public String toString() {
return String.format("%s %s\n%s %s", a[0][0], a[0][1], a[1][0], a[1][1]);
}
}
Matrix matrixMult(Matrix a, Matrix b) {
return new Matrix(a.get(0, 0).multiply(b.get(0, 0)).add(a.get(0, 1).multiply(b.get(1, 0))),
a.get(0, 0).multiply(b.get(0, 1)).add(a.get(0, 1).multiply(b.get(1, 1))),
a.get(1, 0).multiply(b.get(0, 0)).add(a.get(1, 1).multiply(b.get(1, 0))),
a.get(1, 0).multiply(b.get(0, 1)).add(a.get(1, 1).multiply(b.get(1, 1))));
}
Matrix power(Matrix a, int k) {
if (k == 0)
return new Matrix(new BigInteger("1"), new BigInteger("0"),
new BigInteger("0"), new BigInteger("1"));
Matrix t = power(a, k / 2);
Matrix t2 = matrixMult(t, t);
if (k % 2 == 0)
return t2;
return matrixMult(t2, a);
}
BigInteger get(int n) {
Matrix a = new Matrix(new BigInteger("1"), new BigInteger("1"),
new BigInteger("1"), new BigInteger("0"));
return power(a, n).get(0, 1);
}
String getFirstK(int n, int k) {
return get(n).toString().substring(0, k);
}
public static void main(String[] args) {
Fibonacci f = new Fibonacci();
System.out.println(f.getFirstK(200000, 10));
}
}
https://stackoverflow.com/questions/32921924
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