《剑指offer》—— 递归和循环

  记录一下牛客网上,剑指 offer 分区的考点为“递归和循环”的题,都很简单,共 4 题:
  1、斐波那契数列
  2、跳台阶
  3、变态跳台阶
  4、矩形覆盖

1、斐波那契数列

  大家都知道斐波那契数列,现在要求输入一个整数 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)
  循环方式:

    int Fibonacci(int n) {
        if(n <= 1) return n;
        auto a = 0, b = 1;
        for(auto i = 2; i <= n; ++i)
        {
            b = a + b;
            a = b - a;
        }
        return b;
    }

  递归方式(很容易想到),但是AC不了,因为递归次数过多,栈溢出了:

int Fibonacci(int n) {
	if(n < 2) return n;
	return Fibonacci(n - 2) + Fibonacci(n - 1);
}

  从下边这张图就可以看出,计算Fibonacci(6)就需要计算很多次,比如 f(2) 就计算了 5 次。

《剑指offer》—— 递归和循环_第1张图片

  如果要用递归的方式计算 Fibonacci 数列的话,需要使用 尾递归。如果在递归函数中,递归调用返回的结果总被直接返回,则称为尾部递归。尾部递归的函数有助将算法转化成函数编程语言,而且从编译器角度来说,亦容易优化成为普通循环。这是因为从电脑的基本面来说,所有的循环都是利用重复移跳到代码的开头来实现的。如果有尾部归递,就只需要叠套一个堆栈,因为电脑只需要将函数的参数改变再重新调用一次。

int Fibonacci(const int& n, const int& a, const int& b){
    if(n <= 0) return 0;
    if(n == 1) return b;
    else       return Fibonacci(n - 1, b, a + b);
}

int Fibonacci(int n) {
    return Fibonacci(n, 0, 1);
}

2、跳台阶

  一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法(先后次序不同算不同的结果)。
  这题想一想就能看出其实就是斐波那契数列,只不过就是偏移了1:

int jumpFloor(int number) {
    if(number <= 2) return number;
    int a = 1, b = 2;
    for(int i = 3; i <= number; i++)
    {
        b = a + b;
        a = b - a;
    }
    return b;
}

3、变态跳台阶

  一开始的想法就是,跳到第n阶台阶的方法是跳到前边 n-1 个台阶的方法总数+1(因为可以直接跳到第n阶)。AC代码如下:

int jumpFloorII(int number) {
    if(number <= 0) return 0;
    vector<int> jump(number + 1, 0);
    // 第 i 位的值,是前边 1 到 i - 1 位置值的和
    for(int i = 1; i <= number; i++)
        jump[i] = accumulate(begin(jump) + 1, begin(jump) + i, 1);
    return jump[number];
}

  但是可以推倒,记 cur 之前所有的总和是 prev,那么跳到 cur 这个位置的方法就是 prev+1(比如叫 a),然后 prev 就变成了 prev + prev + 1,也就是 2 * prev + 1,然后再向后跳到 cur + 1就是 prev 再 + 1,也就是 cur+1 位置的方法是 2 * prev + 2,而 a 是 prev+1,那么就是每次跳的方法是是上一届台阶的一倍,也就是 2*a。
  其实最简单的想法就是,既然每阶台阶我都可以选择跳还是不跳,而只有最后一个台阶是必须跳的,那不就是 2 的 (n - 1) 地方么。AC代码如下:

int jumpFloorII(int number) {
    return 1 << (number - 1);
}

4、矩形覆盖

  我们可以用21的小矩形横着或者竖着去覆盖更大的矩形。请问用n个21的小矩形无重叠地覆盖一个2n的大矩形,总共有多少种方法?
  因为大矩形是 2
n 大小的,那么就只有两种方法,竖着放一个,或者横着放俩,也就是 f(n) = f(n - 1) +f(n - 2),这不还是斐波那契数列么。

int rectCover(int number) {
    if(number <= 3) return number;
    int a = 1, b = 2;
    for(int i = 3; i <= number; i++)
    {
        b = a + b;
        a = b - a;
    }
    return b;
}

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