1、什么是Fibonacci数列?
斐波那契数列,又称黄金分割数列,指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、····,在数学上,斐波那契被递归方法如下定义:F(1)=1,F(2)=1,F(n)=f(n-1)+F(n-2) (n>=2)。该数列越往后相邻的两个数的比值越趋向于黄金比例值(0.618)。
2、什么是Fibonacci查找?
Fibonacci查找就是在二分查找的基础上根据斐波那契数列进行分割的。在斐波那契数列找一个等于略大于查找表中元素个数的数F[n],将原查找表扩展为长度为F[n](如果要补充元素,则补充重复最后一个元素,直到满足F[n]个元素:参见注释2处代码),完成后进行斐波那契分割,即F[n]个元素分割为前半部分F[n-1]个元素,后半部分F[n-2]个元素,找出要查找的元素在那一部分并递归,直到找到。
3、为什么使用Fibonacci查找?
斐波那契的时间复杂度也为O(log n),相对与折半查找(mid=(low + high)/2)和差值查找(mid=low+(key-a[low])/(a[high]-a[low])*(high-low))进行加法与除法运算,斐波那契查找只是最简单加减法运算(mid = low + F(k-1) -1),在海量数据的查找过程中,这种细微的差别可能会影响最终的查找效率。
4、Fibonacci查找代码实现(C++):
#include <stdio.h> #include <iostream> using namespace std; #define MAXSIZE 20 void fibonacci_1(int *f) //fibonacci数列实现方法1 { f[0] = 0; f[1] = 1; for (int i = 2 ; i<MAXSIZE ; i++) { f[i] = f[i - 1] + f[i - 2]; } } int fibonacci_2(int n) //fibonacci数列实现方法2 { int result,previous_result,temp; result = previous_result = 1; while(n>2) { temp=result; result+=previous_result; previous_result=result; n--; } return result; } int Fibonacci_Search(int *a, int n, int key) { int low, high, mid, k; int F[MAXSIZE]; fibonacci_1(F); low = 0; high = n - 1; k = 0; while(n > F[k] - 1) //注释1 k++; for (int i = n ; i <= F[k] - 1 ; i++) //注释2 { a[i] = a[high]; } while (low <= high) { mid = low + F[k - 1] - 1; if (key < a[mid]) { high = mid - 1; k = k - 1; //注释3 } else if (key > a[mid]) { low = mid + 1; k = k - 2; //注释4 } else { cout << "Search Success!" << endl; if (mid < n) return mid; else return n - 1; } } if (low > high) { cout << "Search Failed!" << endl; return -1; } return 0; } int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { int n, key; cout << "Please input n:" <<endl; cin >> n; int list[MAXSIZE]; cout << "Please input your sorted array:" << endl; for(int i = 0 ; i < n ;i++) { cin >> list[i]; } cout << "Please input the key:" << endl; cin >> key; int pos = Fibonacci_Search(list, n, key); cout << "pos = " << pos <<endl; system("pause"); return 0; }注释1:通过比较,找到不小于n的斐波那契数的位置
注释2:在斐波那契数列找一个等于略大于查找表中元素个数的数F[n],将原查找表扩展为长度为F[n](下标范围为0~F[n] - 1)
注释3:我们知道,表长为F[n]的查找表在Fibonacci查找中被分为了表长为F[n - 1]和F[n - 2]两部分。因此,当key < list[mid] 的时候,就是k = k - 1
注释4:对于斐波那契查找,分割是从mid =low + F[k - 1] -1 开始的,现在数组的长度为F[k],mid 将数组分为两个部分,前一部分为[0,mid],长度为F[k - 1],则后一部分的长度为F[k] - F[k - 1],根据斐波那契数列的性质,F[k] - F[k - 1] = F[k - 2],则后一部分的长度为F[k - 2],所以当key > list[mid] 的时候 k = k - 2