HDU3117 Fibonacci Numbers 【通项公式】

本文介绍了一种高效计算斐波那契数列的方法,特别是针对大数值的计算场景。通过数学公式简化和科学计数法的应用,解决了直接计算导致的溢出问题,并通过循环节特性进一步优化计算效率。

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Fibonacci Numbers

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Problem Description
The Fibonacci sequence is the sequence of numbers such that every element is equal to the sum of the two previous elements, except for the first two elements f0 and f1 which are respectively zero and one.

What is the numerical value of the nth Fibonacci number?
 

Input
For each test case, a line will contain an integer i between 0 and 108 inclusively, for which you must compute the ith Fibonacci number fi. Fibonacci numbers get large pretty quickly, so whenever the answer has more than 8 digits, output only the first and last 4 digits of the answer, separating the two parts with an ellipsis (“...”).

There is no special way to denote the end of the of the input, simply stop when the standard input terminates (after the EOF).
 

Sample Input
0 1 2 3 4 5 35 36 37 38 39 40 64 65
 

Sample Output
0 1 1 2 3 5 9227465 14930352 24157817 39088169 63245986 1023...4155 1061...7723 1716...7565

最小的斐波那契9位数是第40个,所以当n<40时直接输出结果。当n>=40时要分成前四位和后四位输出,后四位可以打表,循环节长度是15000(不知道咋证明的),因此打个表存起来,难点在求前四位,可以用斐波那契通项公式F(n)=(1/√5)*{[(1+√5)/2]^n - [(1-√5)/2]^n}【√5表示根号5,f0=0,f1=1】,这里有个坑,若是直接套这个公式将结果存入double中也会造成溢出。。。所以需要化简,但是式子有些复杂又不好化简,好在只需要求前4位,对精度要求不是太高,所以把(1-√5)/2这一项去掉不影响结果,令x=log10(1/sqrt(5)),y=log10((1+sqrt(5))/2);那么log10(fn)=x+n*y;然后就可以用科学计数法来求出前四位。

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int fib_4[15010] = {0, 1}, fib[40] = {0, 1};
const double x = log10(1.0 / sqrt(5.0));
const double y = log10((1.0 + sqrt(5.0)) / 2.0);

int main() {
	int n, i, b;
	double a;
	for (i = 2; i < 40; ++i) fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2];
	for (i = 2; i <= 15000; ++i) {
		fib_4[i] = fib_4[i-1] + fib_4[i-2];
		if (fib_4[i] >= 10000) fib_4[i] -= 10000;
	}
	while (scanf("%d", &n) == 1) {
		if (n < 40) printf("%d\n", fib[n]);
		else {
			a = x + n * y;
			a -= (int)a;
			a = pow(10, a);
			printf("%d...%0.4d\n", (int)(a * 1000), fib_4[n%15000]);
		}
	}
	return 0;
}


### 使用多种编程语言实现输出斐波那契数列的前四 以下是几种常见编程语言实现输出斐波那契数列前四的方法: #### C++ 实现 在C++中可以过简单的循环来计算并打印斐波那契数列的前几。 ```cpp #include <iostream> using namespace std; int main() { cout << "Fibonacci数列的前4如下:" << endl; int a = 1, b = 1; // 初始化前两 cout << a << " " << b << " "; // 打印前两 for (int i = 1; i <= 2; ++i) { // 计算并打印后续两 int nextTerm = a + b; cout << nextTerm << " "; a = b; b = nextTerm; } cout << endl; return 0; } ``` 此代码片段基于引用中的逻辑[^1],简化为仅输出前四。 --- #### Python 实现 Python 提供了一种简洁的方式来生成斐波那契数列。过列表推导或其他方法可轻松完成任务。 ```python def fibonacci_four_terms(): terms = [1, 1] # 初始两个值 for _ in range(2): # 添加接下来的两 terms.append(terms[-1] + terms[-2]) return terms[:4] result = fibonacci_four_terms() print("Fibonacci数列的前4:", result) ``` 上述代码利用了动态数组的概念,类似于引用中的描述[^2],但调整为了只生成四个数值。 --- #### Java 实现 Java 中可以借助 `ArrayList` 来存储和操作斐波那契序列。 ```java import java.util.ArrayList; public class FibonacciFourTerms { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> fabList = new ArrayList<>(); fabList.add(1); fabList.add(1); for (int i = 2; i < 4; i++) { fabList.add(fabList.get(i - 1) + fabList.get(i - 2)); } System.out.println("Fibonacci数列的前4:"); for (Integer num : fabList) { System.out.print(num + " "); } } } ``` 这段代码参考了 Java 的实现方式[^5],并对范围进行了修改以便适应当前需求。 --- #### C 实现 对于更基础的语言如C,则可以直接采用数组或者变量交换的方式处理。 ```c #include <stdio.h> void print_fibonacci_first_four() { int first = 1, second = 1; printf("%d %d ", first, second); // 输出前两目 for(int i = 3; i <= 4; i++) { // 继续计算剩余部分直到第四为止 int third = first + second; printf("%d ", third); first = second; second = third; } } int main(){ print_fibonacci_first_four(); return 0; } ``` 该版本遵循传统迭代模式构建结果集,并且保持简单明了结构设计思路来自其他例子[^3]^。 ---
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