Think in Java之斐波那契数列

开发 后端
斐波纳契数列(Fibonacci Sequence),又称黄金分割数列。在数学上,斐波纳契数列以如下被以递归的方法定义:F0=0,F1=1,Fn=F(n-1)+F(n-2)(n>=2,n∈N*)在现代物理、准晶体结构、化学等领域,斐波纳契数列都有直接的应用。

斐波纳契数列(Fibonacci Sequence),又称黄金分割数列。

指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、……这个数列从第三项开始,每一项都等于前两项之和。

在数学上,斐波纳契数列以如下被以递归的方法定义:F0=0,F1=1,Fn=F(n-1)+F(n-2)(n>=2,n∈N*)在现代物理、准晶体结构、化学等领域,斐波纳契数列都有直接的应用。

斐波那契数列的***,是意大利数学家列昂纳多·斐波那契(Leonardo Fibonacci)。

与黄金分割的关系

有趣的是:这样一个完全是自然数的数列,通项公式却是用无理数来表达的。而且当n趋向于无穷大时,后一项与前一项的比值的小数部分越来越逼近黄金分割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,这些比值越接近黄金比。

证明:

a[n+2]=a[n+1]+a[n]。

两边同时除以a[n+1]得到:

a[n+2]/a[n+1]=1+a[n]/a[n+1]。

若a[n+1]/a[n]的极限存在,设其极限为x,

则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。

所以极限是黄金分割比..

如果你看到有这样一个题目:

某人把一个8*8的方格切成四块,拼成一个5*13的长方形,故作惊讶地问你:为什么64=65?

其实就是利用了斐波那契数列的这个性质:5、8、13正是数列中相邻的三项,事实上前后两块的面积确实差1,只不过后面那个图中有一条细长的狭缝,一般人不容易注意到。

在杨辉三角中隐藏着斐波那契数列

斐波那契数列的整除性与素数生成性

每3个数有且只有一个被2整除,

每4个数有且只有一个被3整除,

每5个数有且只有一个被5整除,  

每6个数有且只有一个被8整除,  

每7个数有且只有一个被13整除,  

每8个数有且只有一个被21整除,  

每9个数有且只有一个被34整除, 

.......  

我们看到第5、7、11、13、17、23位分别是素数:5,13,89,233,1597,28657(第19位不是)  

斐波那契数列的素数无限多吗?

斐波那契数列的个位数:一个60步的循环

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

斐波那契数列中是否存在无穷多个素数?[维基百科]

在斐波那契数列中,有素数:

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

目前已知***素数是第81839个斐波那契数,一共有17103位数。

相关的数学问题

1.排列组合

有一段楼梯有10级台阶,规定每一步只能跨一级或两级,要登上第10级台阶有几种不同的走法?   

这就是一个斐波那契数列:

登上***级台阶有一种登法;登上两级台阶,有两种登法;登上三级台阶,有三种登法;登上四级台阶,有五种登法……  

1,2,3,5,8,13……所以,登上十级,有89种走法。  

类似的,一枚均匀的硬币掷10次,问不连续出现正面的可能情形有多少种?  

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

2.数列中相邻两项的前项比后项的极限

当n趋于无穷大时,F(n)/F(n+1)的极限是多少?  

这个可由它的通项公式直接得到,极限是(-1+√5)/2,这个就是黄金分割的数值,也是代表大自然的和谐的一个数字。  

3.求递推数列a(1)=1,a(n+1)=1+1/a(n)的通项公式

由数学归纳法可以得到:a(n)=F(n+1)/F(n),将斐波那契数列的通项式代入,化简就得结果。

4.兔子繁殖问题(关于斐波那契数列的别名)

斐波那契数列又因数学家列昂纳多·斐波那契以兔子繁殖为例子而引入,故又称为“兔子数列”。  

一般而言,兔子在出生两个月后,就有繁殖能力,一对兔子每个月能生出一对小兔子来。如果所有兔都不死,那么一年以后可以繁殖多少对兔子?   

我们不妨拿新出生的一对小兔子分析一下:  

***个月小兔子没有繁殖能力,所以还是一对  

两个月后,生下一对小兔民数共有两对  

三个月以后,老兔子又生下一对,因为小兔子还没有繁殖能力,所以一共是三对

  ------   依次类推可以列出下表:

经过月数

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

幼仔对数

1

0

1

1

2

3

5

8

13

21

34

55

89

成兔对数

0

1

1

2

3

5

8

13

21

34

55

89

144

总体对数

1

1

2

3

5

8

13

21

34

55

89

144

233

幼仔对数=前月成兔对数  

成兔对数=前月成兔对数+前月幼仔对数  

总体对数=本月成兔对数+本月幼仔对数  

可以看出幼仔对数、成兔对数、总体对数都构成了一个数列。这个数列有关十分明显的特点,那是:前面相邻两项之和,构成了后一项。  

这个数列是意大利中世纪数学家斐波那契在<;算盘全书>;中提出的,这个级数的通项公式,除了具有a(n+2)=an+a(n+1)的性质外,还可以证明通项公式为:an=(1/√5)*{[(1+√5)/2]^n-[(1-√5)/2]^n}(n=1,2,3.....)  `````

可惜本人是文科生,看不懂也不记得那些所谓的数学公式了,以前素材只摘选感兴趣的部分。

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

我只感兴趣的是后面这几段代码的实现:

  1. package com.tudou.t1;  
  2.  
  3. import java.math.BigInteger;  
  4. import java.util.Scanner;  
  5.  
  6. /**  
  7.  * 斐波那契数列 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();//常规算法  
  15.         System.out.println(compute2(5));//计算第n个斐波那契数列的数  
  16.         fibHign();// Java语言程序(高精度,约一秒钟计算第20000个数值)  
  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为第n个斐波那契数列的数  
  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语言程序(高精度,约一秒钟计算第20000个数值)  
  46.     private static void fibHign() {  
  47.         Scanner s = new Scanner(System.in);  
  48.         System.out.print("请输入一个整数:");  
  49.         int n = s.nextInt();  
  50.         do {  
  51.             cul(n);  
  52.             n = s.nextInt();  
  53.         } while (n > 0);// 当n<=0时终止  
  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. }  

控制台输出结果为:

1 
1 
2 
3 
5 
8 
5

请输入一个整数:500

139423224561697880139724382870407283950070256587697307264108962948325571622863290

691557658876222521294125

感兴趣的朋友,可以玩一下。偶尔玩玩这些也很过瘾呢。

原文链接:http://blog.csdn.net/yaerfeng/article/details/7279210

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责任编辑:林师授 来源: yaerfeng的博客
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