Как сделать числа фибоначчи

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Числа Фибоначчи — это числовая последовательность где каждое следующее число, равно сумме 2 предидущих. Алгоритм их нахождения зачастую можно найти в учебниках по программированию, как пример рекурсии. Спрашивают это и на собеседованиях, чтобы проверить у Вас знание простых алгоритмов. Давайте напишем 3 метода нахождения числового ряда Фибоначии, и сравним скорость их выполнения.

Формула нахождения.

Сначала приведем пример числового ряда - 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21… и так до бесконечности, Чтобы найти любое число последовательности, существует формула:

Первый элемент равен нулю, второй равен еденице, третий элемент равен сумме 0 + 1 и так далее…

Метод 1: Рекурсия

Сначала, для того чтобы измерить длительность выполнения прибегнем к консоли, и в частности к ее методам: console.time(timerName) и console.timeEnd(timerName), где timerName - название(метка) таймера. Первый начинает отсчет, второй останавливает таймер. Измерятеся время в миллисекундах(ms).

Напишем метод нахождения заданного числа последователности. Главный минус тут заключается в том, что рекурсия достаточно ресурсоемкая операция.

Метод2: Перебор(итерация)

Второй способ выберем попроще - масивами. Можно конечно обойтись и без них, но так будет понятнее, ведь Числа Фибоначии это обычный числовой массив в JavaScript, работать с которым умеют даже начинащие разработчики. К тому же, можно вторым аргументом задать callback, который будет делать с этим массивом все что угодно - фильтровать, обрезать и т.д.

Метод 3: Формула Бине.

Собственно данный способ я нашел в Википедии:

Здесь нас интересует дробь до первого знака равенства. Напишем метод.

Тестирование

Мы написали 3 метода, теперь давайте сравним результаты. Заранее ясно, что рекурсия будет медленее, но вот насколько… Для более наглядного результата найдем последовательность до 45 знака. Браузером у нас будет Google Chrome последней версии.

Получаем слудующие результаты:

Как видим, на втором шаге барзуер серьезно “задумывается”, так как рекурсия достаточно затратная по ресурсам операция. Не стоит ее применять бездумно. Что касается методов перебора и формулы Бине, то первый немного медленее(иногда результаты получались равными), но более функциональнее. Разница меж ними невелика, особенно если сравнить с рекурсией. Для проверки можно найти последовательность Фибоначии до 300 или 500 знака.

Существует еще однин спобсоб вычисления - матрицами. Вы можете его реализовать сами. Алгоритм и формулу можно посмотреть здесь

Леонардо Фибоначчи (1170-1250) - итальянский математик, положивший начало введения в Европе арабской системы чисел. В 1202 году он опубликовал следующую задачу: "Пара кроликов находится в загороженном месте. Сколько их потомков появится в течении года? Каждая пара кроликов каждый месяц производит новую пару, которая во втором месяце становится продуктивной".

Число кроликов в каждом месяце соответствует числам Фибоначчи, каждое из которых получается как сумма двух предыдущих чисел. Числа Фибоначчи для бесконечной последовательности можно вычислить по формуле:

Кроме того, определяется, что f(1)=1 (соответствует новой паре кроликов к), f(2)=1 (соответствует взрослой паре кроликов К).

Сколько пар кроликов в течении года появится в питомнике? Для решения этой задачи вычисляют первые 13 чисел Фибоначчи. Результат отражает ситуацию в начале следующего года.

1к	1
2К	1
3Кк	2
4КкК	3
5КкККк	5
6КкККкКкК	8
7итд.	13
8	21
9	34
10	55
11	89
12	144
13	233

Видим, что в начале следующего года кроликов должно быть 233 пары. На этом данная задача исчерпывается. Но ряды чисел Фибоначчи продолжают изучаться применительно к различным задачам.

Программные реализации

Программные реализации рядов чисел Фибоначчи различаются в зависимости от того, сколько членов последовательности нужно вычислить и вывести в программе, выводятся ли все числа или только одно с каким-либо номером, нужно ли предусмотреть возможность пользователя определить количество членов последовательности.

Если в программе определено, что все числовые значения относятся к целому типу (int), то следует считаться с тем, что максимальное значение для целочисленного типа составляет 32 767. Но программа в этом случае выводит корректно весь ряд чисел Фибоначчи до 46 члена включительно. Дело в том, что происходит преобразование типа данных от int к long int. Только времени такое вычисление и вывод чисел занимает больше, чем в случае, если определить для чисел Фибоначчи тип данных long int.

Если же определён тип данных long int, все члены последовательности Фибоначчи начиная с 47-го будут вычислены некорректно, поскольку максимальное значение для этого типа составляет 2 147 483 647. В случае типа double корректно выводятся числа Фибоначчи от 0 до 300 включительно.

Наиболее простая реализация для рядов чисел Фибоначчи с целочисленным типом данных выглядит так:

Вам, конечно же, знакома идея о том, что математика является самой главной из всех наук. Но многие могут с этим не согласиться, т.к. порой кажется, что математика – это лишь задачи, примеры и тому подобная скукотища. Однако математика может запросто показать нам знакомые вещи с совершенно незнакомой стороны. Мало того – она даже может раскрыть тайны мироздания. Как? Давайте обратимся к числам Фибоначчи.

Что такое числа Фибоначчи?

Числа Фибоначчи являются элементами числовой последовательности, где каждое последующее число образуется посредством суммирования двух предыдущих, например: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89… Как правило, записывается такая последовательность формулой: F₀ = 0, F₁ = 1, F_n = F_n-1 + F_n-2, n ≥ 2.

Создателем чисел Фибоначчи является один из первых математиков Европы средних веков по имени Леонардо Пизанский, которого, собственно и знают, как Фибоначчи – это прозвище он получил спустя много лет после своей смерти.

О жизненном пути самого Фибоначчи известно крайне мало. Но достоверно известно то, что его задачи пользовались огромнейшей популярностью в математических кругах в последующие века. Одну из таких мы и рассмотрим далее.

Задача Фибоначчи с кроликами

Для выполнения задачи автором были поставлены следующие условия: есть пара новорождённых крольчат (самка и самец), отличающихся интересной особенностью – со второго месяца жизни они производят новую пару кроликов – тоже самку и самца. Кролики находятся в замкнутом пространстве и постоянно размножаются. И ни один кролик не умирает.

Задача: определить количество кроликов через год.

Решение:

Одна пара кроликов в начале первого месяца, которая спаривается в конце месяца
Две пары кроликов во втором месяце (первая пара и потомство)
Три пары кроликов в третьем месяце (первая пара, потомство первой пары с прошлого месяца и новое потомство)
Пять пар кроликов в четвёртом месяце (первая пара, первое и второе потомство первой пары, третье потомство первой пары и первое потомство второй пары)

1 месяц: 1 + 1 = 2

2 месяц: 2 + 1 = 3

3 месяц: 3 + 2 = 5

4 месяц: 5 + 3 = 8

5 месяц: 8 + 5 = 13

6 месяц: 13 + 8 = 21

7 месяц: 21 + 13 = 34

8 месяц: 34 + 21 = 55

9 месяц: 55 + 34 = 89

10 месяц: 89 + 55 = 144

11 месяц: 144 + 89 = 233

12 месяц: 233+ 144 = 377

И эта последовательность может продолжаться бесконечно долго, но учитывая, что задачей является узнать количество кроликов по истечении года, получается 377 пар.

Здесь важно также заметить, что одним из свойств чисел Фибоначчи является то, что если сопоставить две последовательные пары, а затем разделить большую на меньшую, то результат будет двигаться по направлению к золотому сечению, о котором мы также скажем ниже.

Пока же предлагаем вам ещё две задачи по числам Фибоначчи:

Определить квадратное число, о котором известно только, что если отнять от него 5 или прибавить к нему 5, то снова выйдет квадратное число.
Определить число, делящееся на 7, но при условии, что поделив его на 2, 3, 4, 5 или 6 в остатке будет 1.

Такие задачи не только станут отличным способом развития ума, но и занимательным времяпрепровождением. О том, как решаются эти задачи, вы также можете узнать, поискав информацию в Интернете. Мы же не будем заострять на них внимание, а продолжим наш рассказ.

Что же такое рекурсия и золотое сечение?

Рекурсия

Рекурсия является описанием, определением или изображением какого-либо объекта или процесса, в котором есть сам данный объект или процесс. Иначе говоря, объект или процесс можно назвать частью самого себя.

Золотое сечение

Золотое сечение является делением целого на части, соотносящиеся по принципу: большее относится к меньшему аналогично тому, как общая величина относится к большей части.

Приблизительно золотое сечение можно представить в качестве пропорционального деления на две разные части, к примеру, на 38% и 68%. Численное же выражение золотого сечения равно примерно 1,6180339887.

На практике золотое сечение используется в архитектуре, изобразительном искусстве (посмотрите работы Леонардо да Винчи), кино и других направлениях. На протяжении долгого времени, впрочем, как и сейчас, золотое сечение считалось эстетической пропорцией, хотя большинством людей оно воспринимается непропорциональным – вытянутым.

Вы можете попробовать оценить золотое сечение сами, руководствуясь следующими пропорциями:

Длина отрезка a = 0,618
Длина отрезка b= 0,382
Длина отрезка c = 1
Соотношение c и a = 1,618
Соотношение c и b = 2,618

И в заключение ещё немного пищи для ума.

Золотой прямоугольник и спираль Фибоначчи

Вот пример: берём два числа из последовательности Фибоначчи, например 8 и 13, и чертим прямоугольник с шириной 8 см и длинной 13 см. Далее разбиваем основной прямоугольник на мелкие, но их длина и ширина должна соответствовать числам Фибоначчи – длина одной грани большого прямоугольника должна равняться двум длинам грани меньшего.

После этого соединяем плавной линией углы всех имеющихся у нас прямоугольников и получаем частный случай логарифмической спирали – спираль Фибоначчи. Её основными свойствами являются отсутствие границ и изменение форм. Такую спираль можно часто встретить в природе: самыми яркими примерами являются раковины моллюсков, циклоны на изображениях со спутника и даже ряд галактик. Но более интересно то, что этому же правилу подчиняется и ДНК живых организмов, ведь вы помните, что оно имеет спиралевидную форму?

История чисел Фибоначчи

Леонардо Пизано, по прозвищу Фибоначчи, — итальянский математик — родился в Пизе в 1170 году. Его отец работал в торговом порту на северо-востоке Алжира и часто путешествовал.

Фибоначчи изучал математику и во время обширных путешествий познакомился с индийско-арабской системой счисления. Оттуда математик и узнал о числовой последовательности, которую в древней Индии использовали в стихосложении.

Что такое числа Фибоначчи?

Числа Фибоначчи — это ряд, состоящий из целых чисел. Их особенность заключается в том, что каждый элемент представляет собой сумму двух предыдущих чисел.

Последовательность Фибоначчи начинается с 0 и 1. Продолжить ряд легко: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144 и так до бесконечности.

Математик обратил внимание на числовую последовательность, когда думал о разведении кроликов.

Кролики не умирают;
Кролики достигают половой зрелости за один месяц;
Срок беременности у кроликов – один месяц;
Достигнув половой зрелости, кролики-самки рожают ежемесячно кролика-самца и кролика-самку.

Схема разведения кроликов выглядит следующим образом:

Уже прослеживается закономерность. В конце каждого месяца количество пар кроликов будет больше, чем в предыдущем месяце ровно на столько, сколько пар было два месяца назад.

С точки зрения математики — это красивая последовательность. Но больший интерес для исследователей представляет не сам ряд, а частное соседних чисел, равное, примерно 1,618 для всех элементов ряда. Эта пропорция больше известна как золотое сечение.

Это соотношение можно найти во предметах, которые нас отгружают: гармония в гранях снежинок, в расположении лепестков цветов, ячеек ананаса, завитки раковин у улитки — все подчиняется правилу золотого сечения. Даже строение нашего тела гармонично: если измерить наш рост и разделить на расстояние от пояса до ступней или длину руки на расстояние от локтя до кончиков пальцев, получится известное нам соотношение 1,618.

Если мы видим человека и его внешность кажется красивой, то скорее всего пропорции его лица соотносятся с соотношением чисел Фибоначчи.

Природа полагается на эту врожденную пропорцию для поддержания баланса.

Финансовые рынки имеют ту же математическую основу, что и перечисленные природные явления. Давайте рассмотрим некоторые способы применения золотого сечения к финансам и покажем несколько диаграмм в качестве доказательства.

Числа Фибоначчи в трейдинге

Впервые изучением графиков биржевых котировок и поиском взаимосвязей занялся Ральф Hельсон Эллиотт, американский финансист. Ему удалось обнаружить в поведении фондового рынка особую гармонию. Как вы уже догадались – гармонию золотого сечения.

Мы рассмотрим четыре инструмента технического анализа, использующих последовательность Фибоначчи, активно применяемые трейдерами – это уровни, дуги, веер и временные зоны Фибоначчи.

Сначала поговорим об уровнях коррекции.

1. Коррекции Фибоначчи

Как это работает: берутся экстремальные точки на графике акций: нижний и верхний уровни цены долгосрочного тренда, и вертикальное расстояние между ними делится на коэффициенты Фибоначчи: 23,6%, 38,2%, 50%, 61,8% и 100%. После определения уровней соотношений на графике рисуются горизонтальные линии, представляющие уровни, указывающие на возможные уровни поддержки (цена перестает идти ниже) и сопротивления (цена перестает идти выше).

Откуда берутся эти значения процентов?

Как мы уже сказали, в последовательности чисел Фибоначчи каждое число примерно в 1,618 раза больше предыдущего. Например, 21/13 = 1,615, а 55/34 = 1,618.
Соотношение 61,8% получается делением одного числа в ряду на число, которое следует за ним. Например, 8/13 = 0,615 (61,5%), а 21/34 = 0,618 (61,8%).
Соотношение 38,2% получается путем деления одного числа в ряду на число, расположенное двумя позициями позже. Например, 5/13 = 0,385 (38,5%), а 55/144 = 0,3818 (38,2%).
23,6% рассчитывается путем деления одного числа в последовательности на число на три позиции выше. Например, 13/55 = 0,236 (23,6%), а 2/8 = 0,23076 (23,1%).
0% — это начало отката, а 100% — полный разворот исходной части движения.

Трейдеры используют уровни коррекции Фибоначчи для определения стратегических моментов для получения выгодной цены. Если тренд возрастает, то уровни коррекции Фибоначчи используются как потенциальные точки покупки при откатах, если тренд убывающий, то как точки входа для коротких продаж.

2. Дуги Фибоначчи

Дуги Фибоначчи учитывают как время, так и цену, также указывая на потенциальные области поддержки и сопротивления.

Поиск максимума и минимума графика — это первый шаг к построению дуг Фибоначчи. Затем рисуются три изогнутые линии, похожие на полукруги, на расстоянии 38,2%, 50% и 61,8% от желаемой точки. Полукруглые дуги показывают, где цена находит поддержку или сопротивление в будущем.

После роста цены дуги показывают до чего цена может откатиться, прежде чем снова начнет расти. После снижения цены дуги показывают, куда цена может подняться, прежде чем снова начнет падать.

3. Веера Фибоначчи

Веера Фибоначчи — это диагональные линии, образующие веер. Как и в предыдущих методах, сначала находятся максимум и минимум тренда. Если траектория возрастающая, то через точку максимума, если убывающие – через точку минимума условно проводится вертикальная линия.

Затем на линии отмечаются уровни: 38,2%, 50% и 61,8%. Дальше соединяются точки первого экстремума и точки, условно отмеченные на невидимой прямой. Получившиеся диагональные линии также указывают на области поддержки и сопротивления.

4. Временные зоны Фибоначчи

Временные зоны — это серия линий, параллельных оси ОУ, отстоящих друг от друга на расстоянии, пропорциональном элементам последовательности Фибоначчи (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 и т. д.).

Трейдер отмечает на графике очевидный ценовой тренд (его минимум и максимум). Расстояние между этими точками будет задавать единичный отрезок. Дальше рисуются прямые линии соответственно последовательности Фибоначчи: представьте, что вы строите график на координатной плоскости OXY. Ось OX разбита на длины единичного отрезка от 0 до бесконечности: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8…. и так далее.

Теперь вспомним, как выглядит ряд Фибоначчи: 0, 1, 2, 3, 5, 8…. Теперь именно в этих точках на оси OX и будут строиться вертикальные линии, соответствующие временным зонам. Каждая линия указывает время, в которое можно ожидать резкий скачок или спад цены.

Описанные инструменты далеко не единственные методы анализа графиков, использующих золоте сечение и числа Фибоначчи. Возможно, вы слышали и о таких инструментах, как клин, канал, спираль, также названных в честь Фибоначчи. Они отличаются способами построения и внешним видом, но смысл остается один — оценить области поддержки и сопротивления цены. Часто используют несколько методов одновременно для улучшения качества прогнозирования. Подробнее об инструментах, которые используются в трейдинге, можно узнать в бесплатной демо-версии книги по трейдингу.

Автор: Алексанян Андрон, эксперт SF Education

Читайте также: