斐波那契数列的5种python实现写法
斐波那契数列（Fibonacci sequence），又称黄金分割数列、因数学家列昂纳多·斐波那契（Leonardoda Fibonacci）以兔子繁殖为例子而引入，故又称为“兔子数列”，指的是这样一个数列：1、1、2、3、5、8、13、21、34、……在数学上，斐波纳契数列以如下被以递归的方法定义：F(1)=1，F(2)=1, F(n)=F(n-1)+F(n-2)（n>=2，n∈N*）
斐波那契数列，难点在于算法，还有如果变成生成器，generator，就要用for循环去遍历可迭代的generator
第一种递归法
def fib_recur(n):
assert n >= 0, "n > 0"
if n <= 1:
return n
return fib_recur(n-1) + fib_recur(n-2)
for i in range(1, 20):
print(fib_recur(i), end=' ')
写法最简洁，但是效率最低，会出现大量的重复计算，时间复杂度O（1.618^n）,而且最大深度为1000
第二种递推法
def fib_loop_for(n):
a, b = 0, 1
for _ in range(n):
a, b = b, a + b
return a
def fib_loop_while(n):
a, b = 1, 1
while n > 0:
a, b = b, a + b
n -= 1
return a
for i in range(20):
print(fib_loop_for(i), end=' ')
递推法，就是递增法，时间复杂度是 O(n)，呈线性增长，如果数据量巨大，速度会越拖越慢
第三种生成器
def fib_yield_while(max):
a, b = 0, 1
while max > 0:
a, b = b, a+b
max -= 1
yield a
def fib_yield_for(n):
a, b = 0, 1
for _ in range(n):
a, b = b, a + b
yield a
for i in fib_yield_for(10):
print(i, end=' ')
带有yield的函数都被看成生成器，生成器是可迭代对象，且具备
__iter__和__next__方法， 可以遍历获取元素, python要求迭代器本身也是可迭代的，所以我们还要为迭代器实现__iter__方法，而__iter__方法要返回一个迭代器，迭代器自身正是一个迭代器，所以迭代器的__iter__方法返回自身即可
第四种类实现内部魔法方法
class Fibonacci(object):
"""斐波那契数列迭代器"""
def __init__(self, n):
"""
:param n:int 指 生成数列的个数
"""
self.n = n
# 保存当前生成到的数据列的第几个数据，生成器中性质，记录位置，下一个位置的数据
self.current = 0
# 两个初始值
self.a = 0
self.b = 1
def __next__(self):
"""当使用next()函数调用时，就会获取下一个数"""
if self.current < self.n:
self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
self.current += 1
return self.a
else:
raise StopIteration
def __iter__(self):
"""迭代器的__iter__ 返回自身即可"""
return self
if __name__ == '__main__':
fib = Fibonacci(15)
for num in fib:
print(num)
for 循环的本质
for x in [1, 2, 3, 4, 5]:
pass
相当于：
# 首先获取可迭代对象
it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
while True:
try:
next(it)
except StopIteration:
# 遇到StopIteration就跳出循环, 且自动频闭StopIteration异常
break
第五种-矩阵
import numpy as np
### 1
def fib_matrix(n):
for i in range(n):
res = pow((np.matrix([[1, 1], [1, 0]], dtype='int64')), i) * np.matrix([[1], [0]])
print(int(res[0][0]))
# 调用
> fib_matrix(50)
### 2
# 使用矩阵计算斐波那契数列
def Fibonacci_Matrix_tool(n):
Matrix = np.matrix("1 1;1 0", dtype='int64')
# 返回是matrix类型
return np.linalg.matrix_power(Matrix, n)
def Fibonacci_Matrix(n):
result_list = []
for i in range(0, n):
result_list.append(np.array(Fibonacci_Matrix_tool(i))[0][0])
return result_list
# 调用
> Fibonacci_Matrix(50)
### pow 速度 比 双**号快, np.linalg.matrix_power也是一种方法
因为幂运算可以使用二分加速，所以矩阵法的时间复杂度为 O(log n)
用科学计算包numpy来实现矩阵法 O(log n)
计时器的使用-装饰器
def trace(func):
@functools.wraps(func)
def wrapper(*args, **kwargs):
start = time.clock()
v = func(*args, **kwargs)
end = time.clock()
print('{}, {}, {}, {}, cost: {} seconds'.format(
func.__name__, args, kwargs , v, (end - start)))
return v
return wrapper
上下文管理器实现计时器
装饰器就是 fib(n) = trace(fib)(n), 即将函数当作参数，与此同时，类实现了
__call__方法之后也是一个callable
递归版斐波那契函数
要求如下：
1.输出文档说明
2.输出函数每次执行的函数名，所用参数，返回值，执行时间
3.输出总耗时
class TiemTrace:
def __init__(self, f):
self.f = f
print(f.__doc__)
def __now(self):
return time.time()
def __enter__(self):
self.start = self.__now()
return self
def __exit__(self, exc_type, exc_val, tb):
self.end = self.__now()
print('cost {}'.format(self.end - self.start))
def __call__(self, n):
start = self.__now()
val = self.f(n)
end = self.__now()
print('{}, {}, {}, cost: {} seconds'.format(self.f.__name__, n , val, (end - start)))
return val
def fib(n):
"""
:params n 个数
:return 当前斐波那契数值
"""
if n <= 1:
return n
return fib2(n-1) + fib2(n-2)
with TimeTrace(fib) as fib:
print(fib(5))
使用装饰器的话要统计递归我暂时只想到用global变量统计递归总耗时，有知悉的大佬请告知，感谢！！
两种方法的执行效率对比，
以下为上下文管理器方法
下图为装饰器方法
上下文方式比装饰器方式更快一点。
