问题描述:
斐波那契数,通常用 F(n) 表示,形成的序列称为斐波那契数列。该数列由 0 和 1 开始,后面的每一项数字都是前面两项数字的和。也就是:
F(0) = 0, F(1) = 1
F(N) = F(N - 1) + F(N - 2), 其中 N > 1.
给定 N,计算 F(N)。
示例 :
输入:2
输出:1
解释:F(2) = F(1) + F(0) = 1 + 0 = 1.
问题分析:
由于计算任何一个第n(n >= 2)项的数都需要知道其前面两个数,即需要知道n-1和n-2是多少,然后两个相加得到结果,但是问题来了,要知道n-1,就要需要知道n-2,要知道n-2就需要知道n-3,会一直这样的循环递归下去,一直到第一个数,第二个,第三个.......再反推回来。 那就很明显了,大家第一时间想到的方法便是递归,就下来实现一下:
方法一:递归实现
public class Solution {
public int fib(int n) {
if(n <= 1){
return n;
}
return fib(n-1) + fib(n-2);
}
}
问题分析:
先看一下递归图:
由于很多数的计算都要重复很多次,效率并不高,时间复杂度达到了 O(2^n),是斐波那契数计算中时间复杂度最大,最不可取的方法。
空间复杂度:O(n),堆栈中需要的空间与 N 成正比,堆栈会跟踪 fib(n) 的调用,随着堆栈的不断增长如果没有足够的内存则会出现StackOverflowError异常。
注:定义为int型时,最大只能求到n = 46,f(46) = 1836311903, 而 f(47) = -1323752223,因为超出了int型数值的最大范围。
算法改进:
使用递归的同时,使用记忆化方式存储已经计算过的数据,减少不必要的重复计算,可以使时间复杂度降到 O(N),同时空间复杂度也是O(N)。具体的实现是使用一个数组,把每次计算过的值都存储进去,当再次使用这个数的时候,直接返回,不需要再进行递归。
方法二:记忆化自底向上递归
public class Solution {
public int fib(int n) {
if(n <= 1){
return n;
}
int[] memo = new int[n+1];
memo[1] = 1;
for(int i = 2;i <= n; i++){
//自底向上填充数组,一直到需要的那个数
memo[i] = memo[i-1] + memo[i-2];
}
return memo[n];
}
}
方法三:使用第三方变量
class Solution {
public int fib(int N) {
if (N < 2) return N;
if (N == 2) return 1;
int temp = 1;
int result = 1;
for (int i = 3; i <= N ; i++) {
result= temp + result;
temp = result - temp;
}
return result;
}
}
时间复杂度瞬间降到O(1),这个我觉得应该是三个方法里面最简单最高效的。
最后:
限于水平有限,斐波那契数的实现还有很多种方法,不能一一列举,当其中大部分都有类似的思想。
水文中如有不准确或是错误之处,还望指出。谢谢~~~
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