程序员的数学笔记3--迭代法

本文介绍了迭代法的概念和应用,通过一个国王与臣子关于棋盘麦子的故事阐述了迭代法的本质。迭代法在数学和计算机领域广泛应用,如求方程的精确或近似解、二分查找。举例说明了如何使用二分法求解正整数的平方根,以及在查找匹配记录中的应用,如在处理同义词时的字典查询。同时提到了在机器学习中的迭代算法,如K-means和梯度下降法。

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第三节课程,介绍的是迭代法。

前两节笔记的文章:


03 迭代法

什么是迭代法

迭代法,简单来说,其实就是不断地用旧的变量值,递推计算新的变量值。

这里采用一个故事来介绍什么是迭代法,这个故事是讲述一个国王要重赏一个做出巨大贡献的臣子,让臣子提出他想得到的赏赐,这个聪明的臣子说出了他想得到的赏赐–在棋盘上放满麦子,但要求是每个格子的麦子数量都是前一个格子的两倍。国王本以为这个赏赐可以轻而易举的满足,但真正开始放麦子后,发现即便是拿出全国的粮食也无法满足的臣子的这个赏赐。

这里我们可以用f(n)表示当前各自的麦子数量,而前一个格子的麦子数量就是f(n-1),那么臣子的要求就可以这么表示:

f(n) = f(n-1) * 2
f(1) = 1

这也就是迭代法了,而如果用编程来实现,其实就是实现一个循环运算的过程。

用 Python 实现这个计算麦子的代码如下所示:

def get_number_of_wheat(grid):
    '''
    \计算放到给定格子数量需要的麦子数量
    :param grid: 格子数
    :return:
    '''
    # f(1) = 1
    wheat_numbers = 1

    sums = wheat_numbers
    for i in range(2, grid+1):
        wheat_numbers *= 2
        sums += wheat_numbers

    print('when grid = %d, wheats numbers = %d' % (grid, sums))

    return sums

简单的测试例子:

if __name__ == '__main__':
    print('compute numbers of wheat!')
    numbers_grid = 63
    get_number_of_wheat(numbers_grid)
    print('finish')

给定格子数量是 63 个,输出结果如下:

compute numbers of wheat!
when grid = 63, wheats numbers = 9223372036854775807
finish

所以这个天文数字是 19 位数–9223372036854775807,真的是非常的多!假设一袋 50 斤的麦子估计有 130 万粒麦子,那么这个计算结果是相当于 70949 亿袋 50 斤的麦子!

迭代法的应用

看完上述例子,相信应该对迭代法的基本概念比较了解了,而迭代法的基本步骤也很简单,分为三个步骤:

  • 确定用于迭代的变量。上述例子中,这个迭代变量就是f(n)f(n-1)
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