【矩阵乘法】Fibonacci第n项

题目描述

大家都知道Fibonacci数列吧,f[1]=1,f[2]=1,f[3]=2,f[4]=3.......也就是f[n]=f[n-1]+f[n-2]。现在,问题很简单,输入n和m,求第n项取模m。

输入

输入n,m。

1<=n<=2 000 000 000 。

1<=m<=1 000 000 010 。

输出

输出第n项取模m

样例输入

5 1000

样例输出

5

思路:这是一个神奇的推导,震惊!矩阵相乘竟然能得到斐波那契数列!

害!首先你要知道矩阵乘法是什么,具体是怎么操作的

然后,给你几个显而易见的式子:

 

f[i]=f[i-1]*1+f[i-2]*1;

f[i-1]=f[i-1]*1+f[i-2]*0;

f[i-2]=f[i-1]*0+f[i-2]*1;

现在你能意会为啥矩阵乘法为啥可以得到斐波那契数列了吧~

这就是两个2*2的矩阵相乘嘛

在这贴一张网上找的图(

矩阵乘法

好了,话不多说上代码~

#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
int n,m;
struct dd{
    ll sq[3][3];
};
//两个矩阵相乘
dd
在C++中,矩阵快速幂是一种高效计算斐波那契数列第n的方法。斐波那契数列定义为:F(0)=0, F(1)=1, F(n)=F(n-1)+F(n-2)。通过矩阵形式可以表示为: ``` [ F(n) ] = [ 1 1 ]^n [ F(1) ] [ F(n-1) ] [ 1 0 ] [ F(0) ] ``` 上述矩阵的n次方可以通过快速幂算法进行高效计算。 矩阵快速幂的核心思想是利用分治法将幂的计算过程分解为更小的幂次的计算。具体步骤如下: 1. 首先定义一个矩阵,例如: ``` Matrix = [ 1 1 ] [ 1 0 ] ``` 2. 使用快速幂算法计算矩阵的n次方。快速幂算法通过不断地将指数n分解为二的幂次来减少乘法的次数。具体来说,对于矩阵M和指数n,可以按照以下方式递归或迭代计算M的n次方: - 如果n为偶数,那么M^n = (M^(n/2))^2。 - 如果n为奇数,那么M^n = M * (M^(n-1))。 3. 使用初始值构造单位矩阵,然后用快速幂计算得到的结果与初始单位矩阵相乘,最终得到的矩阵左上角的元素就是斐波那契数列第n。 下面是使用C++实现矩阵快速幂求斐波那契数列第n的代码示例: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; const int MOD = 1000000007; // 定义模数,用于处理大数问题 typedef vector<vector<long long>> Matrix; // 矩阵乘法 Matrix multiply(const Matrix &a, const Matrix &b) { Matrix result(2, vector<long long>(2)); for (int i = 0; i < 2; ++i) { for (int j = 0; j < 2; ++j) { result[i][j] = 0; for (int k = 0; k < 2; ++k) { result[i][j] = (result[i][j] + a[i][k] * b[k][j]) % MOD; } } } return result; } // 矩阵快速幂 Matrix quickPow(Matrix base, long long n) { Matrix result(2, vector<long long>(2, 1)); while (n > 0) { if (n & 1) result = multiply(result, base); base = multiply(base, base); n >>= 1; } return result; } // 计算斐波那契数列第n int fibonacci(int n) { if (n == 0) return 0; Matrix base = {{1, 1}, {1, 0}}; Matrix result = quickPow(base, n - 1); return result[0][0]; // 返回F(n) } int main() { int n; cout << "Enter the position of the Fibonacci sequence: "; cin >> n; cout << "Fibonacci number at position " << n << " is: " << fibonacci(n) << endl; return 0; } ``` 这个程序通过定义矩阵乘法矩阵快速幂算法,计算出斐波那契数列的第n
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