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509, 斐波那契数

Mike大约 4 分钟dynamic programmingeasyrecursionmemoizationmathdynamic programming

一、题目描述

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01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,请计算F(n)

示例 1
输入: n = 2
输出: 1
解释: F(2) = F(1) + F(0) = 1 + 0 = 1

示例 2
输入: n = 3
输出: 2
解释: F(3) = F(2) + F(1) = 1 + 1 = 2

示例 3
输入: n = 4
输出: 3
解释: F(4) = F(3) + F(2) = 2 + 1 = 3

提示

  • 0 <= n <= 30

相关主题

  • 递归
  • 记忆化搜索
  • 数学
  • 动态规划

二、题解

方法 1: 递归

/// 时间复杂度:O(n)
/// 空间复杂度:O(n)
pub fn fib(n: i32) -> i32 {
    if n < 2 {
        return n;
    }

    let mut s = vec![-1; n as usize + 1];
    (s[0], s[1]) = (0, 1);
    const RECUR: fn(usize, &mut [i32]) -> i32 = |n, s| {
        if s[n] != -1 {
            return s[n];
        }
        let res = RECUR(n - 1, s) + RECUR(n - 2, s);
        s[n] = res;
        res
    };

    RECUR(n as usize, &mut s)
}

方法 2: 动态规划

/// 时间复杂度:O(n)
/// 空间复杂度:O(1)
pub fn fib(n: i32) -> i32 {
    if n < 2 {
        return n;
    }

    let (mut prev, mut curr, mut sum) = (0, 0, 1);
    for _ in 1..n {
        prev = curr;
        curr = sum;
        sum = prev + curr;
    }

    sum
}

方法 3: 矩阵快速幂

/// 时间复杂度:O(log(n))
/// 空间复杂度:O(1)
pub fn fib(n: i32) -> i32 {
    if n < 2 {
        return n;
    }

    let matrix_multiply = |a: &[Vec<i32>], b: &[Vec<i32>]| {
        let mut c = vec![vec![0, 0], vec![0, 0]];
        for i in 0..2 {
            for j in 0..2 {
                c[i][j] = a[i][0] * b[0][j] + a[i][1] * b[1][j];
            }
        }
        c
    };
    let matrix_pow = |mut a: Vec<Vec<i32>>, mut n: i32| {
        let mut ret = vec![vec![1, 0], vec![0, 1]];
        while n > 0 {
            if n & 1 != 0 {
                ret = matrix_multiply(&ret, &a);
            }
            n >>= 1;
            a = matrix_multiply(&a, &a);
        }
        ret
    };

    let m = vec![vec![1, 1], vec![1, 0]];
    let res = matrix_pow(m, n - 1);

    res[0][0]
}

方法 4: 通项公式

/// 时间复杂度:O(?)
/// 空间复杂度:O(1)
pub fn fib(n: i32) -> i32 {
    let sqrt_5 = 5_f64.sqrt();
    let fib_n = ((1.0 + sqrt_5) / 2.0).powi(n) - ((1.0 - sqrt_5) / 2.0).powi(n);

    (fib_n / sqrt_5).round() as i32
}