{temp = first + second;
first = second;
second = temp;}
return temp;
}
}
例 1 :一个
饲养场引进一只刚出生的新品种
兔子,这种兔子从出生的下一个月开始,每月新生一只兔子,新生的兔子也如此繁殖。如果所有的兔子都不死去,问到第 12 个月时,该饲养场共有兔子多少只?
分析:这是一个典型的递推问题。我们不妨假设第 1 个月时兔子的只数为 u 1 ,第 2 个月时兔子的只数为 u 2 ,第 3 个月时兔子的只数为 u 3 ,……根据题意,“这种兔子从出生的下一个月开始,每月新生一只兔子”,则有
以下是引用片段:
u 1 = 1 , u 2 = u 1 + u 1 × 1 = 2 , u 3 = u 2 + u 2 × 1 = 4 ,……
以下是引用片段:
u n = (u n - 1) × 2 (n ≥ 2)* ①
对应 u n 和 u n - 1 ,定义两个迭代变量y 和 x ,可将上面的递推公式转换成如下迭代关系:
以下是引用片段:
y=x*2
x=y
让计算机对这个迭代关系重复执行 11 次,就可以算出第 12 个月时的兔子数。参考程序如下:
以下是引用片段:
cls
x=1
for i=2 to 12
y=x*2
x=y
next i
print y
end
例 2 :阿米巴用简单分裂的方式繁殖,它每分裂一次要用 3 分钟。将若干个阿米巴放在一个盛满营养参液的容器内, 45 分钟后容器内充满了阿米巴。已知容器最多可以装阿米巴 2 20 个。试问,开始的时候往容器内放了多少个阿米巴?请
编程序算出。
分析:根据题意,阿米巴每 3 分钟分裂一次,那么从开始的时候将阿米巴放入容器里面,到 45 分钟后充满
容器,需要分裂 45/3=15 次。而“容器最多可以装阿米巴 2 20 个”,即阿米巴分裂 15 次以后得到的个数是 2 20。题目要求我们计算分裂之前的阿米巴数,不妨使用倒推的方法,从第 15 次分裂之后的 2 20 个,倒推出第 15 次分裂之前(即第 14 次分裂之后)的个数,再进一步倒推出第 13 次分裂之后、第 12 次分裂之后、……第 1 次分裂之前的个数。
设第 1 次分裂之前的个数为 x 0 、第 1 次分裂之后的个数为 x 1 、第 2 次分裂之后的个数为 x 2 、……第 15 次分裂之后的个数为 x 15 ,则有
以下是引用片段:
x 14 =x 15 /2 、 x 13 =x 14 /2 、…… x n-1 =x n /2 (n ≥ 1)
因为第 15 次分裂之后的个数 x 15 是已知的,如果定义迭代变量为 x ,则可以将上面的倒推
公式转换成如下的迭代公式:
x=x/2 (x 的初值为第 15 次分裂之后的个数 2 20)
让这个迭代公式重复执行 15 次,就可以倒推出第 1 次分裂之前的阿米巴个数。因为所需的迭代次数是个确定的值,我们可以使用一个固定次数的循环来实现对迭代过程的控制。参考程序如下:
以下是引用片段:
cls
x=2^20
for i=1 to 15
x=x/2
next i
print x
end
例 3 :验证
角谷猜想。日本数学家
角谷静夫在研究
自然数时发现了一个奇怪现象:对于任意一个自然数 n ,若 n 为偶数,则将其除以 2 ;若 n 为奇数,则将其乘以 3 ,然后再加 1。如此经过有限次运算后,总可以得到自然数1。人们把角谷静夫的这一发现叫做“角谷猜想”。
要求:编写一个程序,由
键盘输入一个自然数n ,把 n 经过有限次运算后,最终变成自然数 1 的全过程打印出来。
分析:定义迭代变量为 n ,按照角谷猜想的内容,可以得到两种情况下的迭代关系式:当 n 为偶数时, n=n/2 ;当 n 为奇数时, n=n*
3+1。用 QBASIC 语言把它描述出来就是:
以下是引用片段:
if n 为偶数 then
n=n/2
else
n=n*3+1
end if
这就是需要计算机重复执行的迭代过程。这个迭代过程需要重复执行多少次,才能使迭代变量n 最终变成自然数1 ,这是我们无法计算出来的。因此,还需进一步确定用来结束迭代过程的条件。仔细分析题目要求,不难看出,对任意给定的一个自然数n ,只要经过有限次运算后,能够得到自然数 1 ,就已经完成了验证工作。因此,用来结束迭代过程的条件可以定义为:n=1。参考程序如下:
以下是引用片段:
cls
do until n=1
if n mod 2=0 then
rem 如果 n 为偶数,则调用迭代公式 n=n/2
n=n/2
else
n=n*3+1
end if
loop
end
应用实例
迭代法是用于求方程或
方程组近似根的一种常用的算法设计方法。设方程为
f(x)=0,用某种
数学方法导出等价的形式x=g(x),然后按以下步骤执行:
⑴ 选一个方程的近似根,赋给变量x0;
⑵ 将x0的值保存于变量x1,然后计算g(x1),并将结果存于变量x0;
⑶ 当x0与x1的差的
绝对值还大于指定的精度要求时,重复步骤⑵的计算。
若方程有根,并且用上述方法计算出来的近似根序列收敛,则按上述方法求得的x0就认为是方程的根。上述算法用C程序的形式表示为:
【算法】迭代法求方程的根
以下是引用片段:
{ x0=初始近似根;
do {
x1=x0;
x0=g(x1); /*按特定的方程计算新的近似根*/
} while (
fabs(x0-x1)>Epsilon);
printf(“方程的近似根是%f
”,x0);
}
迭代算法也常用于求方程组的根,令
X=(x0,x1,…,xn-1)
设方程组为:
xi=gi(X) (I=0,1,…,n-1)
则求方程组根的迭代算法可描述如下:
【算法】迭代法求方程组的根
以下是引用片段:
{ for (i=0;i
x=初始近似根;
do {
for (i=0;i
y=x;
for (i=0;i
x=gi(X);
if (fabs(y-x)>delta) delta=fabs(y-x);
} while (delta>Epsilon);
for (i=0;i
printf(“变量x[%d]的近似根是 %f”,I,x);
printf(“
”);
}
具体使用迭代法求根时应注意以下两种
可能发生的情况:
⑴ 如果方程无解,算法求出的近似根序列就不会收敛,迭代过程会变成死循环,因此在使用迭代算法前应先考察方程是否有解,并在程序中对迭代的次数给予限制;
⑵ 方程虽然有解,但迭代公式选择不当,或迭代的初始近似根选择不合理,也会导致迭代失败。
① N 为兔子的个数, M为月份 (N+N*1)^M-1=2N^M-1 (注解)