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Think in Java之斐波那契數列

開發 后端
斐波納契數列(Fibonacci Sequence),又稱黃金分割數列。在數學上,斐波納契數列以如下被以遞歸的方法定義:F0=0,F1=1,Fn=F(n-1)+F(n-2)(n>=2,n∈N*)在現代物理、準晶體結構、化學等領域,斐波納契數列都有直接的應用。

斐波納契數列(Fibonacci Sequence),又稱黃金分割數列。

指的是這樣一個數列:1、1、2、3、5、8、13、21、……這個數列從第三項開始,每一項都等于前兩項之和。

在數學上,斐波納契數列以如下被以遞歸的方法定義:F0=0,F1=1,Fn=F(n-1)+F(n-2)(n>=2,n∈N*)在現代物理、準晶體結構、化學等領域,斐波納契數列都有直接的應用。

斐波那契數列的***,是意大利數學家列昂納多·斐波那契(Leonardo Fibonacci)。

與黃金分割的關系

有趣的是:這樣一個完全是自然數的數列,通項公式卻是用無理數來表達的。而且當n趨向于無窮大時,后一項與前一項的比值的小數部分越來越逼近黃金分割0.618.   1÷1=1,2÷1=2,3÷2=1.5,5÷3=1.666...,8÷5=1.6,…………,89÷55=1.6181818…,…………233÷144=1.618055…75025÷46368=1.6180339889…...   

越到后面,這些比值越接近黃金比。

證明:

a[n+2]=a[n+1]+a[n]。

兩邊同時除以a[n+1]得到:

a[n+2]/a[n+1]=1+a[n]/a[n+1]。

若a[n+1]/a[n]的極限存在,設其極限為x,

則lim[n->;∞](a[n+2]/a[n+1])=lim[n->;∞](a[n+1]/a[n])=x。

所以x=1+1/x。

即x²=x+1。

所以極限是黃金分割比..

如果你看到有這樣一個題目:

某人把一個8*8的方格切成四塊,拼成一個5*13的長方形,故作驚訝地問你:為什么64=65?

其實就是利用了斐波那契數列的這個性質:5、8、13正是數列中相鄰的三項,事實上前后兩塊的面積確實差1,只不過后面那個圖中有一條細長的狹縫,一般人不容易注意到。

在楊輝三角中隱藏著斐波那契數列

斐波那契數列的整除性與素數生成性

每3個數有且只有一個被2整除,

每4個數有且只有一個被3整除,

每5個數有且只有一個被5整除,  

每6個數有且只有一個被8整除,  

每7個數有且只有一個被13整除,  

每8個數有且只有一個被21整除,  

每9個數有且只有一個被34整除, 

.......  

我們看到第5、7、11、13、17、23位分別是素數:5,13,89,233,1597,28657(第19位不是)  

斐波那契數列的素數無限多嗎?

斐波那契數列的個位數:一個60步的循環

11235,83145,94370,77415,61785.38190,  99875,27965,16730,33695,49325,72910…

斐波那契數列中是否存在無窮多個素數?[維基百科]

在斐波那契數列中,有素數:

2,3,5,13,89,233,1597,28657,514229,433494437,2971215073,99194853094755497,1066340417491710595814572169,19134702400093278081449423917……

目前已知***素數是第81839個斐波那契數,一共有17103位數。

相關的數學問題

1.排列組合

有一段樓梯有10級臺階,規定每一步只能跨一級或兩級,要登上第10級臺階有幾種不同的走法?   

這就是一個斐波那契數列:

登上***級臺階有一種登法;登上兩級臺階,有兩種登法;登上三級臺階,有三種登法;登上四級臺階,有五種登法……  

1,2,3,5,8,13……所以,登上十級,有89種走法?! ?/p>

類似的,一枚均勻的硬幣擲10次,問不連續出現正面的可能情形有多少種?  

答案是(1/√5)*{[(1+√5)/2]^(10+2) - [(1-√5)/2]^(10+2)}=144種。

2.數列中相鄰兩項的前項比后項的極限

當n趨于無窮大時,F(n)/F(n+1)的極限是多少?  

這個可由它的通項公式直接得到,極限是(-1+√5)/2,這個就是黃金分割的數值,也是代表大自然的和諧的一個數字。  

3.求遞推數列a(1)=1,a(n+1)=1+1/a(n)的通項公式

由數學歸納法可以得到:a(n)=F(n+1)/F(n),將斐波那契數列的通項式代入,化簡就得結果。

4.兔子繁殖問題(關于斐波那契數列的別名)

斐波那契數列又因數學家列昂納多·斐波那契以兔子繁殖為例子而引入,故又稱為“兔子數列”?! ?/p>

一般而言,兔子在出生兩個月后,就有繁殖能力,一對兔子每個月能生出一對小兔子來。如果所有兔都不死,那么一年以后可以繁殖多少對兔子?   

我們不妨拿新出生的一對小兔子分析一下:  

***個月小兔子沒有繁殖能力,所以還是一對  

兩個月后,生下一對小兔民數共有兩對  

三個月以后,老兔子又生下一對,因為小兔子還沒有繁殖能力,所以一共是三對

 ?。?  依次類推可以列出下表:

經過月數

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

幼仔對數

1

0

1

1

2

3

5

8

13

21

34

55

89

成兔對數

0

1

1

2

3

5

8

13

21

34

55

89

144

總體對數

1

1

2

3

5

8

13

21

34

55

89

144

233

幼仔對數=前月成兔對數  

成兔對數=前月成兔對數+前月幼仔對數  

總體對數=本月成兔對數+本月幼仔對數  

可以看出幼仔對數、成兔對數、總體對數都構成了一個數列。這個數列有關十分明顯的特點,那是:前面相鄰兩項之和,構成了后一項。  

這個數列是意大利中世紀數學家斐波那契在<;算盤全書>;中提出的,這個級數的通項公式,除了具有a(n+2)=an+a(n+1)的性質外,還可以證明通項公式為:an=(1/√5)*{[(1+√5)/2]^n-[(1-√5)/2]^n}(n=1,2,3.....)  `````

可惜本人是文科生,看不懂也不記得那些所謂的數學公式了,以前素材只摘選感興趣的部分。

來源于百度:http://baike.baidu.com/view/816.htm

我只感興趣的是后面這幾段代碼的實現:

  1. package com.tudou.t1;  
  2.  
  3. import java.math.BigInteger;  
  4. import java.util.Scanner;  
  5.  
  6. /**  
  7.  * 斐波那契數列 1,2,3,5,8,13,21....[]  
  8.  *   
  9.  * @author lz  
  10.  *   
  11.  */ 
  12. public class Fibonacci {  
  13.     public static void main(String[] args) {  
  14.         fib();//常規算法  
  15.         System.out.println(compute2(5));//計算第n個斐波那契數列的數  
  16.         fibHign();// Java語言程序(高精度,約一秒鐘計算第20000個數值)  
  17.     }  
  18.  
  19.     private static void fib() {  
  20.         int x = 1, y = 1;  
  21.         System.out.println(x);  
  22.         for (int i = 1; i <= 5; i++) {  
  23.             System.out.println(y);  
  24.             y = x + y;  
  25.             x = y - x;  
  26.         }  
  27.     }  
  28.  
  29.     // n為第n個斐波那契數列的數  
  30.     public static BigInteger compute2(int n) {  
  31.         if (n == 1 || n == 2) {  
  32.             return BigInteger.ONE;  
  33.         }  
  34.         BigInteger num1 = BigInteger.ONE;  
  35.         BigInteger num2 = BigInteger.ONE;  
  36.         BigInteger result = BigInteger.ZERO;  
  37.         for (int i = 2; i < n; i++) {  
  38.             result = num1.add(num2);  
  39.             num2 = num1;  
  40.             num1 = result;  
  41.         }  
  42.         return result;  
  43.     }  
  44.  
  45.     // Java語言程序(高精度,約一秒鐘計算第20000個數值)  
  46.     private static void fibHign() {  
  47.         Scanner s = new Scanner(System.in);  
  48.         System.out.print("請輸入一個整數:");  
  49.         int n = s.nextInt();  
  50.         do {  
  51.             cul(n);  
  52.             n = s.nextInt();  
  53.         } while (n > 0);// 當n<=0時終止  
  54.     }  
  55.  
  56.     private static void cul(int n) {  
  57.         BigIntT b = new BigIntT();  
  58.         BigIntT a = new BigIntT();  
  59.         b.formatBigInt("1");  
  60.         a.formatBigInt("2");  
  61.         if (n == 1 || n == 2) {  
  62.             System.out.println(1);  
  63.             return;  
  64.         }  
  65.         int i = 3;  
  66.         for (; i <= n; i++) {  
  67.             if (i % 2 > 0)  
  68.                 b.add(a);  
  69.             else 
  70.                 a.add(b);  
  71.         }  
  72.         BigIntT t = null;  
  73.         if (i % 2 > 0)  
  74.             t = b;  
  75.         else 
  76.             t = a;  
  77.         for (int j = t.getPos(); j < 100000; j++)  
  78.             System.out.print(t.getBase(j));  
  79.         System.out.println();  
  80.     }  
  81. }  
  82.  
  83. class BigIntT {  
  84.     int max = 100000;  
  85.     private byte[] base = new byte[max];  
  86.     private int pos = max;  
  87.  
  88.     public void formatBigInt(String arr) {  
  89.         int l = arr.length();  
  90.         if (l == 0)  
  91.             return;  
  92.         int tmp = l - 1;  
  93.         for (int i = max - 1; i >= max - l; i--) {  
  94.             base[i] = (byte) (arr.charAt(tmp--) - '0');  
  95.             pos--;  
  96.         }  
  97.     }  
  98.  
  99.     public void add(BigIntT right) {  
  100.         int bigger = this.getPos() > right.getPos() ? right.getPos() : this 
  101.                 .getPos();  
  102.         pos = bigger;  
  103.         for (int i = max - 1; i >= pos - 2; i--) {  
  104.             int t = this.base[i] + right.getBase(i);  
  105.             if (t >= 10) {  
  106.                 this.base[i] = (byte) (t % 10);  
  107.                 this.base[i - 1] += t / 10;  
  108.                 if (i - 1 < pos)  
  109.                     pos = i - 1;  
  110.             } else {  
  111.                 this.base[i] = (byte) t;  
  112.             }  
  113.         }  
  114.     }  
  115.  
  116.     public int getPos() {  
  117.         return pos;  
  118.     }  
  119.  
  120.     public byte getBase(int index) {  
  121.         return base[index];  
  122.     }  
  123. }  

控制臺輸出結果為:

1 
1 
2 
3 
5 
8 
5

請輸入一個整數:500

139423224561697880139724382870407283950070256587697307264108962948325571622863290

691557658876222521294125

感興趣的朋友,可以玩一下。偶爾玩玩這些也很過癮呢。

原文鏈接:http://blog.csdn.net/yaerfeng/article/details/7279210

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責任編輯:林師授 來源: yaerfeng的博客
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