少年班中王大法计算楼梯上法(续)
发布时间:2020-03-28 09:46:51
发布时间:2020-03-28 09:46:51
阶梯上法(续)
前言:
在《少年班》电影第6分58秒孙红雷向王大法提问:
有20级阶梯,每次只能上1级或2级,总共有多少种上法?
正文:
在上一次我们用数学中的排列组合计算的方法验证了《少年班》电影王大法计算阶梯上法结果10946种,但是王大法是用排列组合的方法计算的吗?在《少年班》电影中王大法念念有词:“最高阶非零子式的阶数<=n-2,任何n-1阶子式均为零”仅用了8秒钟计算出结果10946种。
我们在上一次用排列组合计算时,计算分为三个大步骤,第一步、先把上阶梯的方法分为11类,第二步、又用排列组合分别计算11类上阶梯的上法数量,第三步、把第二步计算的阶梯数量相加求得总上法数量,显然这种计算方法原理上没错,符合逻辑关系,但是计算步骤多,排列组合分别计算11类的上法数量,计算量大,总的来说用这种方法在8秒钟算出结果的可能性不大,这个问题是不是有其它解法,王大法是不是有更快的计算方法哪?我的回答是王大法应该有更快的方法,王大法在8秒之内计算出结果很可能用了--斐波那契数列的推导法,用斐波那契数列的推导法计算速度大大提高,下面我来介绍一下斐波那契数列的推导法的计算方法:
根据斐波那契数列:
如果设an为该数列的第n项( ),那么这句话可以写成如下形式:
(n≥3)
上阶梯总数与阶梯上法列表如下:
上阶梯总数 | 阶梯上法(数量) | (n≥3) |
1 | 1 | |
2 | 2 | |
3 | 3 | 2+1 |
4 | 5 | 3+2 |
5 | 8 | 5+3 |
6 | 13 | 8+5 |
7 | 21 | 13+8 |
8 | 34 | 21+13 |
9 | 55 | 34+21 |
10 | 89 | 55+34 |
11 | 144 | 89+55 |
12 | 233 | 144+89 |
13 | 377 | 233+144 |
14 | 610 | 377+233 |
15 | 987 | 610+377 |
16 | 1597 | 987+610 |
17 | 2584 | 1597+987 |
18 | 4181 | 2584+1597 |
19 | 6765 | 4181+2584 |
20 | 10946 | 6765+4181 |
根据上表发现阶梯总数对应10946
答:20级阶梯,每次只能上1级或2级,总共有10946种上法。
大家也都看到了,用斐波那契数列的推导法与用排列组合法计算速度快多了,但用斐波那契数列的推导法逻辑关系上比排列组合难理解,用斐波那契数列的推导法是得出的上表到总阶梯对应阶梯上法为10946,是巧合,还是每一个阶梯总数对应的阶梯上法都是对的?下面我们随机抽取一个对应数据用排列组合计算法进行验证:
例如阶梯总数为15时,阶梯上法用排列组合计算步骤如下:
第一步先把15个阶梯按每次上1阶或2阶分类如下:
第1类:每次上1阶 的有15次,上2阶的有0次;
第2类:每次上1阶 的有13次,上2阶的有1次;
第3类:每次上1阶 的有11次,上2阶的有2次;
第4类:每次上1阶 的有9次,上2阶的有3次;
第5类:每次上1阶 的有7次,上2阶的有4次;
第6类:每次上1阶 的有5次,上2阶的有5次;
第7类:每次上1阶 的有3次,上2阶的有6次;
第8类:每次上1阶 的有1次,上2阶的有7次;
第二步运用排列组合分别计算上述8类阶梯上法的种类
第1类阶梯上法的种类很明显是1种;
因每次上1阶有15次,即为15个相同元素在15个位置排列组合。
用排列组合公式即为:==1,第1类上法有1种;
第2类因每次上1阶有13次,上2阶有1次,即为两种不同元素在14个位数上排列组合,一种元素有13个,另一种元素有1个。
用排列组合公式即为:==14,第2类上法有14种;
第3类因每次上1阶有11次,上2阶有2次,即为两种不同元素在13个位数上排列组合,一种元素有11个,另一种元素有2个。
用排列组合公式即为:==78,第3类上法有78种;
同理求得其他类阶梯上法:
第4类:==220,第4类上法有220种;
第5类:==330,第5类上法有330种;
第6类:==252,第6类上法有252种;
第7类:==84,第7类上法有84种;
第8类:==8,第8类上法有8种;
第三步,把上面8 类阶梯的上法数量相加就得到阶梯总数为15时的阶梯上法数量:
1+14+78+220+330+252+84+8=987
得到的答案和斐波那契数列的推导法对应阶梯为15时的阶梯上法数量是一样的。
大家有兴趣可以动手算算。
大家有兴趣也可以算算:有20级阶梯,每次上1级或2级或3级,总共有多少种上法?有20级阶梯,每次上1级或2级或3级或4级,总共有多少种上法?