求第n个斐波那契数(三种方法)的空间复杂度,时间复杂度

本文介绍斐波那契数列的递归与循环实现方法,并对比了不同实现方式的时间与空间复杂度。

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所需知识

递归
循环

斐波那契数列

斐波那契数列(Fibonacci sequence),又称黄金分割数列、因数学家列昂纳多·斐波那契(Leonardoda Fibonacci)以兔子繁殖为例子而引入,故又称为“兔子数列”,指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、34、……在数学上,斐波纳契数列以如下被以递推的方法定义:F(1)=1,F(2)=1, F(n)=F(n-1)+F(n-2)(n>=2,n∈N*)


算法的复杂度

【时间复杂度】:递归总次数*每次递归的次数
【空间复杂度】:递归的深度*每次递归空间的大小
【递归深度】:树的高度(递归的过程是一个”二叉树”)
【一般算法O(n)计算方法】:
- 用常数1取代运行时间中的所有加法常数
- 在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项
- 如果最高阶项系数存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数。

1.普通递归实现
#include<stdio.h>
#include<Windows.h>

long long fib1(long long n){
    if(n < 3)
        return 1;
    return fib(n-1)+fib(n-2);
}

int main(){
    long long n = 0;
    scanf("%llu",&n);
    printf("%llu\n",fib1(n));
    system("pause");
    return 0;
}

这里写图片描述

时间复杂度 : O(2^n)
空间复杂度:O(n)
求第n个斐波那契数,开辟n-1个空间
这里写图片描述

2.尾递归实现

尾递归指函数体内最后一句执行为一个递归,该次递归执行后不再改变函数体
因此若编译器选择优化,只开辟一块函数体的空间

long long fib2(long long first, long long second, long long n)
{
    if (n < 3)
        return 1;
    if (n == 3)
        return first + second;
    return fib2(second, first + second, n - 1);
}

时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(n)—>优化O(1)

3.循环实现

long long fib3(long long n)
{
    long long first = 1, second = 1;
    long long ret = 0;
    for (int i = 3; i <= n; i++)
    {
        ret = first + second;
        first = second;
        second = ret;
    }
    return second;
}

三种方法各调一次

int main()
{
    long long u = 0;
    scanf("%llu", &u);
    printf("第%d个斐波那契为%llu\n", u-2,fib1(u-2));
    printf("第%d个斐波那契数为%llu\n",u-1, fib1(u-1));
    printf("第%d个斐波那契数为%llu\n", u,fib3(1,1,u));
    system("pause");
    return 0;
}

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