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C++怎么实现一个斐波那契数列的多种解法_C++递归、迭代与动态规划

尼克

尼克

发布时间:2025-11-23 19:46:52

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来源于php中文网

原创

0。斐波那契数列可通过递归、迭代与动态规划实现,递归法直观但时间复杂度达O(2^n),存在大量重复计算;迭代法从下往上计算,仅用两个变量保存前两项,时间复杂度O(n),空间复杂度O(1),效率更高。

c++怎么实现一个斐波那契数列的多种解法_c++递归、迭代与动态规划

斐波那契数列是经典的数学问题,定义为:F(0) = 0, F(1) = 1, F(n) = F(n-1) + F(n-2)(n ≥ 2)。在C++中,可以通过多种方式实现,每种方法在时间与空间效率上有明显差异。下面介绍三种常见解法:递归、迭代与动态规划。

C++递归实现(简单但低效)

最直观的方法是直接按照定义写递归函数

#include 
using namespace std;

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

int main() { cout << fib_recursive(10); // 输出 55 return 0; }

这种方法代码简洁,但存在大量重复计算。例如计算fib(5)时,fib(3)会被调用多次。时间复杂度为O(2^n),不适用于较大的n值。

迭代法(高效且节省空间)

通过从下往上计算,避免重复,使用两个变量保存前两项的值:

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

这种方法时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1),适合处理较大数值,是实际应用中的首选。

动态规划(记忆化递归或数组存储)

动态规划可以以两种形式实现:自顶向下(带备忘录的递归)和自底向上(数组填充)。

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1. 记忆化递归:

#include 
vector memo(1000, -1); // 假设n不超过999

int fib_memo(int n) { if (n <= 1) return n; if (memo[n] != -1) return memo[n]; memo[n] = fib_memo(n - 1) + fib_memo(n - 2); return memo[n]; }

通过缓存已计算结果,避免重复调用,时间复杂度降为O(n),空间复杂度为O(n)

2. 自底向上的DP数组:

int fib_dp(int n) {
    if (n <= 1) return n;
    vector dp(n + 1);
    dp[0] = 0;
    dp[1] = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
    }
    return dp[n];
}

这种方式逻辑清晰,适合理解动态规划思想,但空间占用比迭代法高。

基本上就这些。对于小规模计算,递归便于理解;追求效率时,推荐使用迭代法;学习算法思想时,动态规划帮助建立优化思维。不复杂但容易忽略的是,递归虽美,性能代价大。

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