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C++ 怎么实现斐波那契 C++ 递归与动态规划解法【递归】

裘德小鎮的故事

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发布时间:2026-02-02 18:01:03

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来源于php中文网

原创

直接写 fib(n) 递归会超时,因其时间复杂度为 O(2^n),存在大量重复子问题;例如 fib(5) 中 fib(3) 被调用两次、fib(2) 三次,n 增大时重复急剧增加,fib(45) 已明显卡顿,fib(50) 几乎不可接受。

c++ 怎么实现斐波那契 c++ 递归与动态规划解法【递归】

为什么直接写 fib(n) 递归会超时

裸递归实现 fib(n) 看似简洁,但时间复杂度是 O(2^n)。因为每个 fib(n) 都会重复计算 fib(n-2)fib(n-3) 等大量子问题。比如算 fib(5) 时,fib(3) 被调用了两次,fib(2) 被调用了三次——越往小的数,重复越严重。

实际运行中,fib(45) 就可能明显卡顿;fib(50) 在多数本地环境已不可接受。

  • 不要用 if (n 就直接递归返回 fib(n-1) + fib(n-2)
  • 即使加了 int 返回类型,n > 46 时还会整数溢出(int 最大约 21 亿)
  • 若需大数,得换 long long 或高精度库,但性能问题不解决,换类型也没用

怎么加记忆化让递归变快

记忆化递归(Memoization)本质是「递归 + 缓存」:用数组或哈希表存下已算过的 fib(i),下次直接取。

最常用的是用 vector 初始化为 -1,下标即 n 值:

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vector memo(n + 1, -1);
long long fib(int n) {
    if (n <= 1) return n;
    if (memo[n] != -1) return memo[n];
    memo[n] = fib(n-1) + fib(n-2);
    return memo[n];
}
  • 必须初始化为非法值(如 -1),不能用 0——因为 fib(0) == 0 是合法结果
  • 空间复杂度升为 O(n),但时间降到 O(n)
  • 注意 memo 要传引用或设为全局/类成员,否则每次递归都新建,缓存失效

动态规划怎么写更安全高效

自底向上 DP 省去递归调用栈,也避免深递归导致的栈溢出(比如 n = 100000 时递归必崩,DP 循环却很稳)。

核心是只保留最近两个状态,不用整个数组:

long long fib(int n) {
    if (n <= 1) return n;
    long long a = 0, b = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        long long c = a + b;
        a = b;
        b = c;
    }
    return b;
}
  • 变量名用 a/bprev1/prev2 更轻量,也更符合 C++ 习惯
  • 循环从 i = 2 开始,对应算 fib(2),边界清晰
  • 如果要返回前 n 项,才需要开 vector 存全部;单求第 n 项,滚动变量足够

什么时候该选哪种写法

递归写法只适合教学演示或 n 的极小规模;记忆化递归适合逻辑天然递归、且子问题有重叠的场景(比如带限制的路径计数);而斐波那契这种线性依赖关系,DP 迭代是默认首选。

容易被忽略的一点:n 为负数时,所有上述实现都未处理——C++ 标准没定义负索引斐波那契,若业务需要扩展(如用 fib(-n) = (-1)^(n+1) * fib(n)),必须显式判断并分支实现,不能靠递归自动收敛。

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