문제
피보나치 수는 0과 1로 시작한다. 0번째 피보나치 수는 0이고, 1번째 피보나치 수는 1이다. 그 다음 2번째 부터는 바로 앞 두 피보나치 수의 합이 된다.
이를 식으로 써보면 가 된다.
일 때까지 피보나치 수를 써보면 다음과 같다.
0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597
n이 주어졌을 때, n번째 피보나치 수를 구하는 프로그램을 작성하시오.
입력
첫째 줄에 n이 주어진다. n은 1,000,000,000,000,000,000보다 작거나 같은 자연수이다.
출력
첫째 줄에 n번째 피보나치 수를 1,000,000,007으로 나눈 나머지를 출력한다.
풀이
피보나치 수는 선형 점화식이라서 행렬 거듭제곱으로 빠르게 구할 수 있다. [[1, 1], [1, 0]] 행렬의 거듭제곱을 이용하면 번째 피보나치 수를 에 계산할 수 있다.
코드에서는 빠른 거듭제곱처럼 지수를 절반으로 줄여 가며 행렬을 제곱한다. 짝수 지수는 절반 결과를 두 번 곱하고, 홀수 지수는 한 번 더 기본 행렬을 곱하면 된다.
점화식을 행렬 형태로 바꿔 빠르게 압축하는 문제다.
코드
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
typedef vector<vector<long long>> matrix;
const long long MAXN = 1000000007;
//행렬 곱
matrix matrixMultiply(matrix& a, matrix& b) {
matrix result(2, vector<long long>(2, 0));
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
for (int k = 0; k < 2; k++) {
result[i][j] += (a[i][k] * b[k][j]) % MAXN;
result[i][j] %= MAXN;
}
}
}
return result;
}
//행렬 A의 거듭제곱
void matrixPower(matrix& A, matrix& result, long long n) {
while (n > 0) {
if (n % 2)
result = matrixMultiply(result, A);
A = matrixMultiply(A, A);
n /= 2;
}
}
long long fibonacci(long long n) {
if (n < 2)
return 1;
matrix A = {{1, 1}, {1, 0}};
matrix result = {{1, 0}, {0, 1}};
matrixPower(A, result, n - 1);
return result[0][0] % MAXN;
}
void solve() {
long long n;
cin >> n;
cout << fibonacci(n) << '\n';
}
int main() {
ios_base::sync_with_stdio(false);
cin.tie(NULL);
cout.tie(NULL);
solve();
return 0;
}복잡도
- 시간 복잡도:
- 공간 복잡도: 상수 크기 행렬 기준
마무리
피보나치를 그대로 반복 계산할 필요는 없다. 점화식을 행렬로 바꾸면 큰 N도 빠른 거듭제곱으로 처리할 수 있다.
