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递推法

作者:野牛程序员:2023-02-25 12:09:18C++程序设计阅读 2614

递推法是一种通过已知条件推导未知条件的方法。在计算机科学中,递推法通常被用于解决各种计算问题,如数列求和、最短路径等问题。

递推法基于一个重要的思想:通过已知条件推导未知条件。具体来说,递推法从已知的问题状态出发,通过计算得到下一个问题状态的解,直到得到最终问题状态的解。

在递推法中,我们通常需要确定以下三个要素:

  1. 递推公式:递推公式描述了如何从一个问题状态计算下一个问题状态的解。例如,在数列求和问题中,递推公式可以描述为$sum_i = sum_{i-1} + a_i$,其中$a_i$是数列中第$i$个数,$sum_i$是前$i$个数的和。

  2. 初始条件:递推公式需要一个起始点,也就是一个已知状态。在数列求和问题中,初始条件是$sum_1 = a_1$。

  3. 终止条件:递推法需要一个终止点,也就是一个问题状态的解。在数列求和问题中,终止条件是$sum_n$,其中$n$是数列中数的总数。

递推法通常使用循环结构实现。我们首先通过给定的初始条件计算出第一个问题状态的解,然后使用递推公式计算出下一个问题状态的解,重复这个过程直到得到终止条件的解。

下面是一个简单的例子,使用递推法计算斐波那契数列的前$n$项:

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int n;
    cin >> n;

    int f[100];
    f[0] = 0;
    f[1] = 1;

    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        f[i] = f[i-1] + f[i-2];
    }

    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cout << f[i] << " ";
    }

    cout << endl;
    return 0;
}

在这个例子中,我们使用一个数组$f$来保存斐波那契数列的前$n$项。我们首先给$f[0]$和$f[1]$赋值,然后使用循环结构计算$f[i]$,最后输出数组$f$。


另一个例子是使用递推法求解最长递增子序列的长度。最长递增子序列问题是指给定一个序列,找到其中一个子序列,使得子序列中的数按顺序递增,并且子序列的长度最长。

最长递增子序列问题可以使用动态规划方法来解决,也可以使用递推法。在这里,我们展示使用递推法求解最长递增子序列问题的代码实现。

#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    int n;
    cin >> n;

    int a[1000];
    int dp[1000];

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cin >> a[i];
        dp[i] = 1;
    }

    for (int i = 1; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < i; j++) {
            if (a[j] < a[i]) {
                dp[i] = max(dp[i], dp[j]+1);
            }
        }
    }

    int ans = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        ans = max(ans, dp[i]);
    }

    cout << ans << endl;
    return 0;
}

在这个例子中,我们使用一个数组$dp$来保存最长递增子序列的长度。我们首先将$dp$数组的每个元素初始化为1,然后使用递推公式$dp[i] = \\max(dp[j]+1)$计算$dp[i]$。其中,$j<i$且$a[j]<a[i]$,表示$a[j]$可以加入以$a[i]$结尾的子序列中。

最后,我们遍历$dp$数组,找到其中的最大值,即为最长递增子序列的长度。


另一个使用递推法求解的例子是Fibonacci数列。Fibonacci数列是一个非常经典的数列,定义为:$F_0=0,F_1=1$,$F_i=F_{i-1}+F_{i-2}$($i\\geq2$)。也就是说,这个数列的前两个数是0和1,从第三个数开始,每个数都等于前面两个数的和。

使用递推法求解Fibonacci数列的值非常简单,只需要根据定义编写代码即可:

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int n;
    cin >> n;

    int f[100];
    f[0] = 0, f[1] = 1;

    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        f[i] = f[i-1] + f[i-2];
    }

    cout << f[n] << endl;
    return 0;
}

在这个例子中,我们使用一个数组$f$来保存Fibonacci数列的值。我们首先将$f$数组的前两个元素初始化为0和1,然后使用递推公式$f[i] = f[i-1] + f[i-2]$计算$f[i]$。最后,输出$f[n]$的值,即为Fibonacci数列的第$n$个数的值。

注意,在这个例子中,我们需要计算$f[n]$,因此循环的范围是$2\\leq i\\leq n$。而不是$1\\leq i\\leq n$。


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