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  • 剑指offer笔记面试题10----斐波那契数列

    题目:求斐波那契数列的第n项。写一个函数,输入n,求斐波那契数列的第n项。斐波那契数列的定义如下:f(0) = 0, f(1) = 1,f(n) = f(n - 1) + f(n - 2)。

    测试用例:

    • 功能测试(如输入3、5、10等)。
    • 边界值测试(如输入0、1、2)。
    • 性能测试(输入较大的数字,如40、50、100等)。

    测试代码:

    void test(int n, int expected){
    	if(fibonacci_solution1(n) == expected)
    		printf("test for %d in solution1 passed.
    ", n);
    	else
    		printf("test for %d in solution1 failed.
    ", n);
    	if(fibonacci_solution2(n) == expected)
    		printf("test for %d in solution2 passed.
    ", n);
    	else
    		printf("test for %d in solution2 failed.
    ", n);
    	if(fibonacci_solution3(n) == expected)
    		printf("test for %d in solution3 passed.
    ", n);
    	else
    		printf("test for %d in solution3 failed.
    ", n);
    }
    

    本题考点:

    • 考查应聘者对递归、循环的理解及编码能力。
    • 考查应聘者对时间复杂度的分析能力。
    • 如果面试官采用的是青蛙跳台阶的问题,那么同时还在考查应聘者的数学建模能力。

    代码实现:

    #include <cstdio>
    #include <cassert>
    
    //=================方法一:递归==================
    long long fibonacci_solution1(unsigned int n){
    	if(n <= 0)
    		return 0;
    	if(n == 1)
    		return 1;
    	return fibonacci_solution1(n - 1) + fibonacci_solution1(n - 2);
    } 
    
    //=================方法二:循环==================
    long long fibonacci_solution2(unsigned n){
    	int result[2] = {0, 1};
    	if(n < 2)
    		return result[n];
    	long long fibMinusOne = 1;
    	long long fibMinusTwo = 0;
    	long long fibN = 0;
    	for(unsigned int i = 2; i <= n; ++i){
    		fibN = fibMinusOne + fibMinusTwo;
    		fibMinusTwo = fibMinusOne;
    		fibMinusOne = fibN;
    	}
    	return fibN;
    } 
    
    //=================方法三:基于矩阵乘法============= 
    struct Matrix2By2{
    	Matrix2By2(long long m00 = 0,
    			   long long m01 = 0,
    			   long long m10 = 0,
    			   long long m11 = 0)
    			   :m_00(m00), m_01(m01), m_10(m10), m_11(m11){}
    	long long m_00, m_01, m_10, m_11; 
    }; 
    
    Matrix2By2 MatrixMultiply(const Matrix2By2& matrix1, 
    						  const Matrix2By2& matrix2){
    	return Matrix2By2(
    		matrix1.m_00 * matrix2.m_00 + matrix1.m_01 * matrix2.m_10,
    		matrix1.m_00 * matrix2.m_01 + matrix1.m_01 * matrix2.m_11,
    		matrix1.m_10 * matrix2.m_00 + matrix1.m_11 * matrix2.m_10,
    		matrix1.m_10 * matrix2.m_01 + matrix1.m_11 * matrix2.m_11
    		);						  	
    }
    
    Matrix2By2 MatrixPower(unsigned int n){
    	assert(n > 0);
    	Matrix2By2 matrix;
    	if(n == 1){
    		matrix = Matrix2By2(1, 1, 1, 0);
    	}
    	else if(n % 2 == 0){
    		matrix = MatrixPower(n / 2);
    		matrix = MatrixMultiply(matrix, matrix);
    	} 
    	else if(n % 2 == 1){
    		matrix = MatrixPower((n - 1) / 2);
    		matrix = MatrixMultiply(matrix, matrix);
    		matrix = MatrixMultiply(matrix, Matrix2By2(1, 1, 1, 0));
    	}
    	return matrix;
    }
    
    long long fibonacci_solution3(unsigned int n){
    	int result[2] = {0, 1};
    	if(n < 2)
    		return result[n];
    	Matrix2By2 PowerNMinus2 = MatrixPower(n - 1);
    	return PowerNMinus2.m_00;
    }
    int main(){
    	test(0, 0);
    	test(1, 1);
    	test(2, 1);
    	test(3, 2);
    	test(4, 3);
    	test(5, 5);
    	test(6, 8);
    	test(7, 13);
    	test(8, 21);
    	test(9, 34);
    	test(10, 55);
    	test(40, 102334155);
    	test(100, 3736710778780434371);
    	return 0;
    }
    
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