斐波那契数列

题目描述

你们都知道斐波那契数列，如今要求输入一个整数n，请你输出斐波那契数列的第n项（从0开始，第0项为0）。
n<=39

思路

1. 递归（函数栈调用消耗过高）
   时间复杂度O(n)，空间复杂度O(n)。

2. 使用循环替换递归
   时间复杂度O(n)，空间复杂度O(1)。

3. 动态规划
   时间复杂度O(n)，空间复杂度O(1)。

4. 矩阵快速幂
   
   
   时间复杂度O(lgn)，空间复杂度O(1)。

递归算法

public class Solution {
    public int Fibonacci(int n) {
        if(n < 0)    return 0;
        if(n < 2)    return n;
        return Fibonacci(n-1)+Fibonacci(n-2);
    }
}

循环算法

public class Solution {
    public int Fibonacci(int n) {
        int a = 0, b = 1, c = 1;
        while(n-- > 0) {
            a = b;
            b = c;
            c = a + b;
        }
        return a;
    }
}

动态规划

public class Solution {
    public int Fibonacci(int n) {
        int[] dp = new int[] {0, 1};
        while(n-- > 0) {
            dp[1] = dp[0] + dp[1];
            dp[0] = dp[1] - dp[0];
        }
        return dp[0];
    }
}

矩阵快速幂

class Solution {
    private int[][] matmul(int[][] a, int[][] b, int m, int n, int t) {
        int[][] tmp = new int[m][n];
        for(int i = 0; i < m; i++) {
            for(int j = 0; j < n; j++) {
                tmp[i][j] = 0;
                for(int k = 0; k < t; k++) {
                    tmp[i][j] += a[i][k] * b[k][j];
                }
            }
        }
        return tmp;
    }
    
    public int Fibonacci(int n){
        if(n < 1)     return 0;
        if(n == 1)    return 1;
        int[][] matT = new int[][] {{1, 1}, {1, 0}};
        int[][] fibT = new int[][] {{1}, {0}};
        while(n > 1){
            // 二进制转换，最高位1用最终快速幂矩阵，其他位1用当前幂矩阵
            if(n%2 == 1){
                fibT = matmul(matT, fibT, 2, 1, 2);
            }
            matT = matmul(matT, matT, 2, 2, 2);
            n /= 2;
        }
        fibT = matmul(matT, fibT, 2, 1, 2);
        return fibT[1][0];
    }
}

笔记

快速幂余项的个数联想二进制权重。