数据结构与算法之-数学归纳法

在介绍此算法之前,我线抛出几道题目,当然这几道题目均出自于剑指offer大家可以简单思考一下。

Q1: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。

Q2:一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。

Q3:一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级……它也可以跳上n级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。

Q4: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2*n的大矩形,总共有多少种方法?


第一道题我想大学刚学C的时候上机实验就应该有这道题,一道很简单的递归题,代码如下。

public class Solution {
    public int Fibonacci(int n) {
        if(n>39){
            return -1;
        }
        if(n == 0){
            return 0;
        }
        if(n == 1){
            return 1;
        }
        return Fibonacci(n-1)+Fibonacci(n-2);
    }
}

然而第二,三,四题呢?有没有具体的解题思路呢?所以,我认为,在解决这种一眼看上去很简单,但是又无从下手给出具体的代码思路的时候,通常可以用数学归纳法

首先我们来看第一题:
我们设台阶一共有n级,当n=1,2,3,4时分别有几种跳法呢?
n=1;jumpWays=1(即:1);
n=2;jumpWays=2(即:1-1,2);
n=3;jumpWays=3(即:1-1-1,1-2,2-1);
n=4;jumpWays=5(即:1-1-1-1,1-2-1,2-1-1,1-1-2,2-2);
好了,接下来就不用继续往下推了吧?而且大家很容易就能归纳出来即:
f(n) = f(n-2)+f(n-1),当n==1时,return1;当n==2时,return 2;
这不就是斐波那契数列吗?

代码如下

public class Solution {
    public int JumpFloor(int target) {
        if(target == 1){
            return 1;
        }
        if(target == 2){
            return 2;
        }
        return JumpFloor(target-1)+JumpFloor(target-2);
    }
}

同样我们来看第二题:
我们设台阶一共有n级,当n=1,2,3,4时分别有几种跳法呢?
n=1;jumpWays=1(即:1);
n=2;jumpWays=2(即:1-1,2);
n=3;jumpWays=4(即:1-1-1,1-2,2-1,3);
n=4;jumpWays=8(即:1-1-1-1,1-2-1,2-1-1,1-1-2,2-2,1-3,3-1,4);
好了,接下来就不用继续往下推了吧?而且大家很容易就能归纳出来即:
f(n) = 2的n-1次方,当n==1时,return 1;(这里貌似简书markdown不支持函数格式?ex:2^{n-1})

代码如下

public class Solution {
    public int JumpFloorII(int target) {
        if(target == 1){
            return 1;
        }
        return 2*JumpFloorII(target-1);
    }
}

最后一题当然留给大家自己思考归纳一下了?我认为这样才能有收获的🐴。

最后总结一下:我认为呢?通常碰到那种看上去逻辑简单的,但是没有思路去写代码的时候,不妨利用数学归纳法,推理一下当n很小的时候的几种情况,看看能不能从中找出规律。

就到这里了,下次再说说贪心,动态规划的一下基本思路。

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