說明
二分搜尋法每次搜尋時,都會將搜尋區間分為一半,所以其搜尋時間為O(log(2)n),log(2)表示以2為底的log值,這邊要介紹的費氏搜尋,其利用費氏數列作為間隔來搜尋下一個數,所以區間收斂的速度更快,搜尋時間為O(logn)。
解法
費氏搜尋使用費氏數列來決定下一個數的搜尋位置,所以必須先製作費氏數列,這在之前有提過;費氏搜尋會先透過公式計算求出第一個要搜尋數的位置,以及其代
表的費氏數,以搜尋對象10個數字來說,第一個費氏數經計算後一定是F5,而第一個要搜尋的位置有兩個可能,例如若在下面的數列搜尋的話(為了計算方便,
通常會將索引0訂作無限小的數,而數列由索引1開始):
-∞ 1 3 5 7 9 13 15 17 19 20
如果要搜尋5的話,則由索引F5(F5表示第五個費式數作為索引,也就是5)開始搜尋,接下來如果數列中的數大於指定搜尋值時,就往左找,小於時就向右,每次找的間隔是F4(第四個費式數作為索引,也就是3)、F3(第三個費式數作為索引,也就是2)、F2(第二個費式數作為索引,也就是1)來尋找,當費氏數為0時還沒找到,就表示尋找失敗,如下所示:

如果要搜尋19,由於第一個搜尋值索引F5處的值小於19,所以此時必須對齊數列右方,也就是將第一個搜尋值的索引改為F5+2 = 7,然後如同上述的方式進行搜尋,如下所示:
至於第一個搜尋值是如何找到的?我們可以由以下這個公式來求得,其中n為搜尋對象的個數,Fy為第y個費式數,必須大於等於n,若算出x值,則使用Fx作為第一個搜尋索引,也就是第x個費式數:
Fy + m = n Fy >= n + 1 x = y - 1
以10個搜尋對象來說:
Fy + m = 10
取Fy = 8, m = 2,所以可以對照費氏數列得到8是第六個費式數,所以y=6,所以x得5,也就是使用第五個費式數的值(也就是5)作為索引開始搜尋。
如果數列在索引5處的值大於指定的搜尋值,則第一個搜尋位置就是索引5的位置,如果小於指定的搜尋值,則第一個搜尋位置必須加上m,也就是F5 + m = 5 + 2 = 7,也就是索引7的位置,其實加上m的原因,是為了要讓下一個搜尋值剛好是數列的最後一個位置。
費氏搜尋看來難懂,但只要掌握Fy + m = n這個公式,自己找幾個實例算一次,很容易就可以理解;費氏搜尋除了收斂快速之外,由於其本身只會使用到加法與減法,在運算上也可以加快。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define INT_MIN -9999
void createFibonacci(int[], int); // 建立費氏數列 int findY(int[], int); // 找Y值 int fibonacciSearch(int[], int, int); // 費氏搜尋
int main(void) { int number[] = {1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 11}; int length = sizeof(number) / sizeof(int); printf("數列:"); int i; for(i = 0; i < length; i++) printf("%d ", number[i]);
printf("\n輸入尋找對象:"); int find; scanf("%d", &find);
if((i = fibonacciSearch(number, length, find)) >= 0) printf("找到數字於索引 %d ", i); else printf("\n找不到指定數"); printf("\n");
return 0; } // 建立費氏數列 void createFibonacci(int Fib[], int length) { Fib[0] = 0; Fib[1] = 1; int i; for(i = 2; i < length; i++) Fib[i] = Fib[i-1] + Fib[i-2]; }
// 找 y 值 int findY(int Fib[], int n) { int i = 0; while(Fib[i] <= n) i++; i--; return i; }
// 費式搜尋 int fibonacciSearch(int number[], int length, int find) { int* Fib = malloc(length * sizeof(int)); int f; for(f = 0; f < length; f++) { Fib[f] = INT_MIN; } createFibonacci(Fib, length); int y = findY(Fib, length + 1); int m = length - Fib[y]; int x = y - 1; // printf("\nx = %d, m = %d, Fib[x] = %d\n\n", x, m, Fib[x]); int i = x; if(number[i] < find) i += m;
int result = -1; while(Fib[x] > 0) { if(number[i] < find) i += Fib[--x]; else if(number[i] > find) i -= Fib[--x]; else { result = i; break; } } free(Fib);
return result; }
public class Search { public static int fibonacci(int[] number, int des) { int[] fib = createFibonacci(number.length); int max = number.length - 1; int y = findY(fib, max+1); int m = max - fib[y]; int x = y - 1; // System.out.printf("\nx=%d, m=%d, fib[x]=%d", x, m, fib[x]); int i = x;
if(number[i] < des) i += m;
while(fib[x] > 0) { if(number[i] < des) i += fib[--x]; else if(number[i] > des) i -= fib[--x]; else return i; } return -1;
} private static int[] createFibonacci(int max) { int[] fib = new int[max]; for(int i = 0; i < fib.length; i++) { fib[i] = Integer.MIN_VALUE; }
fib[0] = 0; fib[1] = 1;
for(int i = 2; i < max; i++) fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2]; return fib; } private static int findY(int[] fib, int n) { int i = 0; while(fib[i] <= n) i++; i--; return i; } public static void main(String[] args) { int[] number = {1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 11}; int find = Search.fibonacci(number, 2); System.out.println(find >= 0 ? "找到數值於索引" + find : "找不到數值"); } }
import sys def search(number, des): fib = fibonacci(len(number)) max = len(number) - 1 y = findY(fib, max + 1) m = max - fib[y] x = y - 1 # print("\nx=%d, m=%d, fib[x]=%d" % (x, m, fib[x])) i = x if number[i] < des: i += m while fib[x] > 0: if number[i] < des: x -= 1 i += fib[x] elif number[i] > des: x -= 1 i -= fib[x] else: return i return -1
def fibonacci(max): fib = [sys.maxsize] * max fib[0] = 0 fib[1] = 1 for i in range(2, max): fib[i] = fib[i -1] + fib[i - 2] return fib
def findY(fib, n): i = 0 while fib[i] <= n: i += 1 return i - 1
number = [1, 4, 2, 6, 7, 3, 9, 8] number.sort() find = search(number, 3) print("找到數值於索引 " + str(find) if find >= 0 else "找不到數值")
object Search { def fibonacci(number: Array[Int], des: Int): Int = { val fib = fibonacci(number.length)
def y(i: Int): Int = if(fib(i) <= number.length) y(i + 1) else i - 1 def search(x: Int, i: Int): Int = { if(fib(x) > 0 && number(i) != des) { if(number(i) < des) search(x - 1, i + fib(x - 1)) else search(x - 1, i - fib(x - 1)) } else i } val x = y(0) - 1 if(number(x) < des) search(x, x + number.length - 1 - fib(x + 1)) else search(x, x) } private def fibonacci(max: Int): Array[Int] = { def fib(n: Int): Int = n match { case 0 => 0 case 1 => 1 case _ => fib(n - 1) + fib(n - 2) } (for(i <- 0 until max) yield fib(i)).toArray } }
val number = Array(1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) val find = Search.fibonacci(number, 3) println(if(find >= 0) "找到數值於索引 " + find else "找不到數值")
class Integer N_BYTES = [42].pack('i').size N_BITS = N_BYTES * 8 MAX = 2 ** (N_BITS - 2) - 1 MIN = -MAX - 1 end
def search(number, des) fib = fibonacci(number.length) max = number.length - 1 y = findY(fib, max + 1) m = max - fib[y] x = y - 1 i = x if number[i] < des i += m end while fib[x] > 0 if number[i] < des x -= 1 i += fib[x] elsif number[i] > des x -= 1 i -= fib[x] else return i end end -1 end
def fibonacci(max) fib = Array.new(max, Integer::MAX) fib[0] = 0 fib[1] = 1 2.upto(max - 1) { |i| fib[i] = fib[i -1] + fib[i - 2] } fib end
def findY(fib, n) i = 0 while fib[i] <= n i += 1 end i - 1 end
number = [1, 4, 2, 6, 7, 3, 9, 8] number.sort! find = search(number, 2) print find >= 0 ? "找到數值於索引 ".encode("Big5") + find.to_s : "找不到數值".encode("Big5"), "\n"
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