遞推法的概念:
遞推法是一種重要的數學方法,在數學的各個領域中都有廣泛的運用,也是計算機用於數值計算的乙個重要演算法。這種演算法特點是:乙個問題的求解需一系列的計算,在已知條件和所求問題之間總存在著某種相互聯絡的關係,在計算時,如果可以找到前後過程之間的數量關係(即遞推式),那麼,從問題出發逐步推到已知條件,此種方法叫逆推。無論順推還是逆推,其關鍵是要找到遞推式。這種處理問題的方法能使複雜運算化為若干步重複的簡單運算,充分發揮出計算機擅長於重複處理的特點。
遞推演算法的首要問題是得到相鄰的資料項間的關係(即遞推關係)。遞推演算法避開了求通項公式的麻煩,把乙個複雜的問題的求解,分解成了連續的若干步簡單運算。一般說來,可以將遞推演算法看成是一種特殊的迭代演算法。
【例1】數字三角形。如下所示為乙個數字三角形。請編乙個程式計算從頂到底的某處的一條路徑,使該路徑所經過的數字總和最大。只要求輸出總和。
1、 一步可沿左斜線向下或右斜線向下走;
2、 三角形行數小於等於100;
3、 三角形中的數字為0,1,…,99;
測試資料通過鍵盤逐行輸入,如上例資料應以如下所示格式輸入:57
3 88 1 0
2 7 4 4
4 5 2 6 5
【演算法分析】
此題解法有多種,從遞推的思想出發,設想,當從頂層沿某條路徑走到第i層向第i+1層前進時,我們的選擇一定是沿其下兩條可行路徑中最大數字的方向前進,為此,我們可以採用倒推的手法,設a[i][j]存放從i,j 出發到達n層的最大值,則a[i][j]=max,a[1][1] 即為所求的數字總和的最大值。
【參考程式】
#include
using
namespace std;
intmain()
cout<
[1]<
}
【例2】滿足f1=f2=1,fn=fn-1+fn-2的數列稱為斐波那契數列(fibonacci),它的前若干項是1,1,2,3,5,8,13,21,34……求此數 列第n項(n>=3)。即:f1=1 (n=1) f2=1 (n=2) fn=fn-1 + fn-2 (n>=3)
程式如下:
#include
#include
using
namespace std;
intmain()
printf
("%d\n"
,f2)
;return0;
}
有關fibonacci數列,我們先來考慮乙個簡單的問題:樓梯有n個台階,上樓可以一步上一階,也可以一步上兩階。一共有多少種上樓的方法? 這是一道計數問題。在沒有思路時,不妨試著找規律。n=5時,一共有8種方法:5=1+1+1+1+15=2+1+1+15=1+2+1+15=1+1+2+15=1+1+1+25=2+2+15=2+1+25=1+2+2 其中有5種方法第1步走了1階(背景灰色),3種方法第1步走了2階,沒有其他可能。假設f(n)為n個台階的走法總數,把n個台階的走法分成兩類。 第1類:第1步走1階,剩下還有n-1階要走,有f(n-1)種方法。 第2類:第1步走2階,剩下還有n-2階要走,有f(n-2)種方法。 這樣,就得到了遞推式:f(n)=f(n-1)+f(n-2),不要忘記邊界情況:f(1)=1,f(2)=2。把f(n)的前幾項列出:1,2,3,5,8,……。 再例如,把雌雄各一的一對新兔子放入養殖場中。每只雌兔在出生兩個月以後,每月產雌雄各一的一對新兔子。試問第n個月後養殖場中共有多少對兔子。
【例3】 有 2χn的乙個長方形方格,用乙個1*2的骨牌鋪滿方格。
編寫乙個程式,試對給出的任意乙個n(n>0), 輸出鋪法總數。
【演算法分析】
(1)面對上述問題,如果思考方法不恰當,要想獲得問題的解答是相當困難的。可以用遞推方法歸納出問題解的一般規律。
(2)當n=1時,只能是一種鋪法,鋪法總數有示為x1=1。
(3)當n=2時:骨牌可以兩個並列豎排,也可以並列橫排,再無其他方法,如下左圖所示,因此,鋪法總數表示為x2=2;
(4)當n=3時:骨牌可以全部豎排,也可以認為在方格中已經有乙個豎排骨牌,則需要在方格中排列兩個橫排骨牌(無重複方法),若已經在方格中排列兩個橫排骨牌,則必須在方格中排列乙個豎排骨牌。如上右圖,再無其他排列方法,因此鋪法總數表示為x3=3。
由此可以看出,當n=3時的排列骨牌的方法數是n=1和n=2排列方法數的和。
(5)推出一般規律:對一般的n,要求xn可以這樣來考慮,若第乙個骨牌是豎排列放置,剩下有n-1個骨牌需要排列,這時排列方法數為xn-1;若第乙個骨牌是橫排列,整個方格至少有2個骨牌是橫排列(1*2骨牌),因此剩下n-2個骨牌需要排列,這是骨牌排列方法數為xn-2。從第一骨牌排列方法考慮,只有這兩種可能,所以有:
xn=xn-1+xn-2 (n>2)
x1=1
x2=2
xn=xn-1+xn-2就是問題求解的遞推公式。任給n都可以從中獲得解答。例如n=5,
x3=x2+x1=3
x4=x3+x2=5
x5=x4+x3=8
下面是輸入n,輸出x1~xn的c++程式:
#include
using
namespace std;
intmain()
}
下面是執行程式輸入 n=30,輸出的結果:
input n: 30
x[1]=1
x[2]=2
x[3]=3
…x[29]=832040
x[30]=1346269
問題的結果就是有名的斐波那契數。
【例4】昆蟲繁殖
【問題描述】
科學家在熱帶森林中發現了一種特殊的昆蟲,這種昆蟲的繁殖能力很強。每對成蟲過x個月產y對卵,每對卵要過兩個月長成成蟲。假設每個成蟲不死,第乙個月只有一對成蟲,且卵長成成蟲後的第乙個月不產卵(過x個月產卵),問過z個月以後,共有成蟲多少對?0=#include
using
namespace std;
intmain()
,b[101]=
,i,j,x,y,z;
cin>>x>>y>>z;
for(i=
1;i<=x;i++
)for
(i=x+
1;i<=z+
1;i++
)//因為要統計到第z個月後,所以要for到z+1
cout<
<
return0;
}```【例5】位數問題
【問題描述】
在所有的n位數中,有多少個數中有偶數個數字3?由於結果可能很大,你只需要輸出這個答案對12345取餘的值。
【輸入格式】
讀入乙個數n
【輸出格式】
輸出有多少個數中有偶數個數字3。
【輸入樣例】
2【輸出樣例】
73【資料規模】
1<=n<=
1000
【樣例說明】
在所有的2位數字,包含0個3的數有72個,包含2個3的數有1個,共73個
【參考程式】
```cpp
#include
using
namespace std;
intmain()
cout<
];return0;
}
演算法設計與分析2 遞推演算法
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演算法設計與分析 第二章 遞推演算法
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