名企的笔试面试题 (Tribonacci Number)

最新推荐文章于 2021-12-24 16:59:58 发布

avanry

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文章标签：面试算法 Ubuntu J# GCC

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/avanry/article/details/83518805

泰波拿契數 (Tribonacci Number) 即把費波拿契數 (Fibonacci Number) 的概念推廣至三個數。

T ₀ = 0, T ₁ = T ₂ = 1, T _n = T _n-1 + T _n-2 + T _n-3

请你写一个算法，输入n,输出第n个Tribonacci数mod 2009的结果。

这个题目是众多名企的笔试面试题，据我所知，2009年微软海笔就出了这个题。另外据说google也出国这个题目。这个题目的好，好在于它有很好的区分度。

这个题目有三种解法。你采用什么算法，你的水平就一目了然了。

首先看第一种解法，也是最简单，最容易想到的。
递归法：代码如下：

Copy code

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

#define THRESHOLD 2009
#define DEAL(x) ((x) < THRESHOLD ? (x) : (x) % THRESHOLD)

int tribonacci_v1(int n)
{
    if (n <= 2)
        return n == 0 ? 0 : 1;
    else
    {
        int k =
            tribonacci_v1(n - 1) + tribonacci_v1(n - 2) + tribonacci_v1(n - 3);
        return DEAL(k);
    }
}

采用递归的方法需要大量的重复计算。
经过测试，在ubuntu + gcc -o + p4 2.4GHz的机器上，100都需要算好久。
如果你采用这种算法的话，毫无疑问。你是不可能PASS笔试的。

算法二：采用递推的方法：
这种方法也很简单，头文件定义的宏已经在上面代码有了，函数代码如下：

Copy code

int tribonacci_v2(int n)
{
    int res[] = {0,1,1,2};

    for (int i = 3;i <= n;i++)
    {
        res[3] = res[2] + res[1] + res[0];
        res[3] = DEAL(res[3]);
        res[0] = res[1];
        res[1] = res[2];
        res[2] = res[3];
    }
    return n <= 2 ? res[n] : res[2];
}

采用递推的算法消除了很多重复计算，其时间复杂度是线性的，只扫描一遍O(n).
经测试，一百万以内的数字可以瞬间得到答案。1千万的话也能在1秒内得到解。但是超过1千万就不行了。
在笔试的时候，由于时间有限，其实能写到这个算法就应该可以勉强过笔试了。

第三种解法，矩阵法：
我们首先对算式做一个预处理：
T _n      = T _n-1 + T _n-2 + T _n-3T _n+1   = T _n + T _n-1 + T n-2
              =T _n-1 + T _n-2 + Tn-3 + T _n-1 + T n-2
             = 2T _n-1 +2T _n-1 + T n-2
T _n+2   = T _n+1 + T _n + T n-1
          = 4T _n-1 +3T _n-1 + 2T n-2
根据上面的变形，我们可以写成矩阵乘法的方式：

[Tn+2,          [ 4 , 3 , 2 ;       [Tn-1,
Tn+1,     =     2 , 2 , 1;    *   Tn-2,
Tn]                 1, 1 , 1]        Tn-3];

我们分别令三个矩阵为 C B A，则有 Cn+2 = B * An-1
因此Cn+5 = B * Cn+2 = B * B * An-1
依此类推 Cn + k = B ^ ([（k + 1） / 3]) * An-1    其中[]为向上取整
于是我们成功将模型转化为矩阵连乘了，而矩阵连乘是符合结合律的，因此我们可以二分求解.
算法复杂度转化为O(logn)，具体代码如下：
code写得有点烂，多包涵：

Copy code

void MatrixMul(int res[][3],const int m1[][3],const int m2[][3])
{
    int tmp[3][3];

    memset (tmp, 0, sizeof(tmp));
    for (int i = 0;i < 3;i++)
    {
        for (int j = 0;j < 3;j++)
        {
            for (int k = 0;k < 3;k++)
            {
                tmp[i][j] += m1[i][k] * m2[k][j];
            }
            tmp[i][j] = DEAL(tmp[i][j]);
        }
    }
    memcpy(res, tmp, sizeof(int) * 9);
}
int tribonacci_v3(int n)
{
    if (n <= 2)
        return n == 0 ? 0 : 1;

    int matrix[3][3] = {
        4 , 3, 2,
        2 , 2, 1,
        1 , 1, 1};
    int res[3][3] = {
        1 , 0 , 0,
        0 , 1 , 0,
        0 , 0 , 1};

    int pow = n / 3;
    int index = 2 - n % 3;

    while (pow != 0)
    {
        if (pow & 1)
            MatrixMul(res, res, matrix);
        MatrixMul(matrix,matrix,matrix);
        pow >>= 1;
    }

    return DEAL(res[index][0] + res[index][1]);
}