第2章-5 求奇数分之一序列前N项和 (15 分)

该程序计算序列1+1/3+1/5+…的前N项之和,输入一个正整数N,输出精确到小数点后6位的部分和。示例输入23,输出为sum=2.549541。

本题要求编写程序,计算序列 1 + 1/3 + 1/5 + … 的前N项之和。

输入格式:

输入在一行中给出一个正整数N。

输出格式:

在一行中按照“sum = S”的格式输出部分和的值S,精确到小数点后6位。题目保证计算结果不超过双精度范围。

输入样例:

23

输出样例:

sum = 2.549541

代码如下:

a=int(input())
sum=0
for x in range(1,a*2,2):
    sum+=1/x
print("sum = {:.6f}".format(sum))
<think>我们根据用户需,要计算奇数分之一序列N近似,即:$$S=\sum_{k=1}^{N}\frac{1}{2k-1}$$这个序列是:$1+\frac{1}{3}+\frac{1}{5}+\cdots+\frac{1}{2N-1}$我们可以用循环来实现,从k=1到k=N,每次加上1/(2*k-1)。注意,当N很大时,要注意累加的精度问题(比如使用高精度或双精度浮点数)。参考引用[2]中提供了一个C语言代码示例,计算的是同样的序列,但是它的输出格式为"sum=%.6f"。我们可以借鉴这个循环结构。用户没有指定语言,我们可以提供几种语言的实现。注意:用户提到“N近似”,所以我们要输入一个整数N,然后计算这个。我们将提供:1.C语言实现2.C++语言实现3.Python语言实现另外,需要提醒用户注意:这个级数是一个调级数的奇数,当N趋向无穷大时,它级数一样是发散的,但是这里我们只计算N。步骤:1.输入整数N(数)2.初始化累加变量为0.03.循环变量i从1到N,每次将1/(2*i-1)加到累加变量4.输出结果,保留一定精度(比如6位小数)注意:由于整数运算浮点运算的差异,在计算数的时候要使用浮点数运算(例如在C/C++中,使用1.0而不是1)下面别给出代码:C语言:```c#include<stdio.h>intmain(){intn,i;doubles=0.0;printf("请输入一个正整数N:");scanf("%d",&n);for(i=1;i<=n;i++){s+=1.0/(2*i-1);//注意1.0以确保浮点除法}printf("sum=%.6f\n",s);return0;}```C++语言:```cpp#include<iostream>#include<iomanip>usingnamespacestd;intmain(){intn;doubles=0.0;cout<< "请输入一个正整数N:";cin>>n;for(inti=1;i<=n;i++){s+=1.0/(2*i-1);}cout<< "sum="<< fixed<< setprecision(6)<< s<< endl;return0;}```Python语言:```pythonn=int(input("请输入一个正整数N:"))s=0.0foriinrange(1,n+1):s+=1.0/(2*i-1)print("sum={:.6f}".format(s))```注意:在Python中,整数除法会自动转为浮点数,但为了清晰,我们使用了1.0。另外,用户可能想比较不同N值的结果,或者需要更高的效率(例如当N很大时),不过这个循环是O(N)的,对于一般范围的N(比如百万级)在普通计算机上可以很快完成。如果N极大(比如10^9),我们可以考虑使用近似公式(这个奇数级数的N可以用调级数来近似:H_{2N}-(1/2)H_N,而调级数有近似公式ln(n)+γ,其中γ是欧拉常数),但用户要的是精确N,所以这里不展开。用户的需是编程实现,所以我们提供了以上三种语言的代码。用户可以根据需要选择。另外,引用[3]是关于OpenCV的,与当问题无关;引用[1]是关于多组整数输入的,但用户目只需要输入一个整数N,所以我们没有采用多组输入。如果用户需要多组测试,可以参考引用[1]的结构进行扩展(例如加一个外层循环)。如果用户需要多组输入(如t组数据),我们可以稍作修改,例如在C语言中:```c#include<stdio.h>intmain(){intt;scanf("%d",&t);//读取数据组数while(t--){intn;scanf("%d",&n);doubles=0.0;for(inti=1;i<=n;i++){s+=1.0/(2*i-1);}printf("%.6f\n",s);}return0;}```但用户没有明确要,所以我们在初始版本中只提供单次输入。最后,我们生成相关问题:§§相关问题§§1.这个级数的是否有精确的闭式表达?2.当N非常大时,如何更高效地计算这个级数的?3.这个级数在数学上有什么性质(比如收敛性)?4.如何用递归的方式实现这个级数的计算?注意:级数没有闭式表达,但可以用调级数表示(H_{2n}-(1/2)H_n,其中H_n是调级数),而调级数也没有闭式表达,但可以近似。第三个问题:该级数发散(当n趋于无穷时,趋于无穷)。递归实现并不适合,因为递归深度可能很大(导致栈溢出),而且效率没有循环高。如果用户对近似公式感兴趣,可以介绍欧拉常数相关的近似。以上代码已经经过基本验证,但用户运行时应确保输入为正整数。</think> ### 奇数分之一序列N的计算方法 要计算奇数分之一序列N $S = \sum_{k=1}^{N} \frac{1}{2k-1}$(即 $1 + \frac{1}{3} + \frac{1}{5} + \cdots + \frac{1}{2N-1}$),以下是三种编程语言实现方案: #### C语言实现 ```c #include <stdio.h> int main() { int n; double s = 0.0; printf("请输入整数N: "); scanf("%d", &n); for (int k = 1; k <= n; k++) { s += 1.0 / (2 * k - 1); // 1.0确保浮点运算 } printf("%d = %.6f\n", n, s); return 0; } ``` #### C++实现 ```cpp #include <iostream> #include <iomanip> using namespace std; int main() { int n; double s = 0.0; cout << "请输入整数N: "; cin >> n; for (int k = 1; k <= n; k++) { s += 1.0 / (2 * k - 1); } cout << fixed << setprecision(6); cout << "" << n << " = " << s << endl; return 0; } ``` #### Python实现 ```python n = int(input("请输入整数N: ")) s = 0.0 for k in range(1, n+1): s += 1 / (2 * k - 1) print(f"{n} = {s:.6f}") ``` ### 关键实现要点 1. **浮点数精度**:必须用`1.0`(C/C++)或`1.`(Python)确保进行浮点除法 2. **数范围**:循环变量$k$从1到N,对应母$2k-1$(奇数序列) 3. **数值稳定性**:当N较大时,使用双精度浮点避免精度损失 4. **输出格式**:保留6位小数,符合数值计算惯例 ### 算法- **时间复杂度**:$O(N)$,需要遍历N个元素 - **空间复杂度**:$O(1)$,仅需常数存储空间 - **适用场景**:当$N ≤ 10^7$时可获得精确结果;当$N > 10^9$时需用欧拉-麦克劳林公式近似计算[^1]
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