斐波那契数

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难度: Easy

斐波那契数 (通常用 F(n) 表示)形成的序列称为 斐波那契数列 。该数列由 01 开始,后面的每一项数字都是前面两项数字的和。也就是:

F(0) = 0,F(1) = 1
F(n) = F(n - 1) + F(n - 2),其中 n > 1

给定 n ,请计算 F(n)

答案需要取模 1e9+7(1000000007) ,如计算初始结果为:1000000008,请返回 1。

示例 1:

输入:n = 2
输出:1
解释:F(2) = F(1) + F(0) = 1 + 0 = 1

示例 2:

输入:n = 3
输出:2
解释:F(3) = F(2) + F(1) = 1 + 1 = 2

示例 3:

输入:n = 4
输出:3
解释:F(4) = F(3) + F(2) = 2 + 1 = 3

提示:

  • 0 <= n <= 100

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内存: 13.3 MB

class Solution:
    def fib(self, n: int) -> int:
        a, b = 0, 1
        for _ in range(n):
            a, b = b, a+b
        return a % 1000000007

Explain

这个题解采用了迭代的方法来计算斐波那契数列,避免了递归方法中的重复计算问题。它使用两个变量a和b来存储连续的斐波那契数,初始设置为F(0)和F(1)。在每次迭代中,计算当前斐波那契数的下一个数,并更新这两个变量。迭代进行n次,最终返回第n个斐波那契数,并取模1e9+7以防止整数溢出。

时间复杂度: O(n)

空间复杂度: O(1)

class Solution:
    def fib(self, n: int) -> int:
        a, b = 0, 1  # 初始化F(0)和F(1)
        for _ in range(n):  # 循环n次,计算第n个斐波那契数
            a, b = b, a+b  # 更新a和b到下一对斐波那契数
        return a % 1000000007  # 返回结果并取模以防整数溢出

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在计算斐波那契数时,递归方法虽然直观,但它会导致大量重复的计算,特别是在计算较大的斐波那契数时,这会导致指数级的时间复杂度。每个斐波那契数都会被多次重新计算,因此效率很低。相比之下,迭代方法只需线性时间即可计算出结果,因为它从最基本的数开始,逐步构建至目标位置,无需重复计算,更加高效。

在迭代方法中,使用两个变量a和b来存储连续的斐波那契数(即F(n-1)和F(n))的目的是为了在每次迭代中有效计算下一个斐波那契数F(n+1)。这种方法避免了需要使用额外空间存储整个斐波那契数列,从而减少空间复杂度到O(1),即常数级空间。

在每次迭代过程中,变量b更新为a+b是为了计算当前斐波那契数的下一个数F(n+1),而更新a为原来的b是为了将当前的F(n)(即旧的b)移动到F(n-1)的位置,为下一轮计算做准备。这样,a和b始终保持为连续的两个斐波那契数,确保迭代可以正确进行。

斐波那契数列增长非常快,当n较大时,计算得到的斐波那契数可能会超出标准整数类型(如int或long)的存储范围,导致整数溢出。在算法中使用取模操作(模1e9+7,一个大质数),是为了保证结果始终在一个安全的可表示范围内,并且可以避免溢出。此外,取模操作通常与某些编程比赛或算法问题中的要求相关,以确保结果的一致性和比较。