楊輝三角,是二項式系數在三角形中的一種幾何排列。在歐洲,這個表叫做帕斯卡三角形。帕斯卡(1623----1662)是在1654年發現這一規律的,比楊輝要遲393年,比賈憲遲600年。楊輝三角是中國古代數學的傑出研究成果之一,它把二項式系數圖形化,把組合數内在的一些代數性質直觀地從圖形中體現出來,是一種離散型的數與形的結合 。
我們先看一下楊輝三角形的打印結果:
1.2 楊輝三角形的性質
楊輝三角形有很多性質:
1). 每行端點與結尾的數為1.
2). 每個數等于它上方兩數之和。
3). 每行數字左右對稱,由1開始逐漸變大。
4). 第n行的數字有n項。
5). 前n行共[(1 n)n]/2 個數。
6).第n行的m個數可表示為 C(n-1,m-1),即為從n-1個不同元素中取m-1個元素的組合數。
7). 第n行的第m個數和第n-m 1個數相等 ,為組合數性質之一。
8). 每個數字等于上一行的左右兩個數字之和。可用此性質寫出整個楊輝三角。即第n 1行的第i個數等于第n行的第i-1個數和第i個數之和,這也是組合數的性質之一。即 C(n 1,i)=C(n,i) C(n,i-1)。
9). (a b)^n^的展開式中的各項系數依次對應楊輝三角的第(n 1)行中的每一項。
10). 将第2n 1行第1個數,跟第2n 2行第3個數、第2n 3行第5個數……連成一線,這些數的和是第4n 1個斐波那契數;将第2n行第2個數(n>1),跟第2n-1行第4個數、第2n-2行第6個數……這些數之和是第4n-2個斐波那契數。
11). 将第n行的數字分别乘以10^(m-1)^,其中m為該數所在的列,再将各項相加的和為11^(n-1)^。 11^0^=1,
11^1^=1 * 10^0^ 1 * 10^1^=11,
11^2^=1×10^0^ 2x10^1^^ 1x10^2^=121,
11^3^=1x10^0^ 3×10^1^ 3x10^2^ 1x10^3^=1331,
11^4^=1x10^0^ 4x10^1^10^2^ 4x10^3 1x10^4=14641,
11^5^=1x10^0^ 5x10^1^ 10x10^2^ 10x10^3^ 5x10^4^ 1×10^5^=161051。
12). 第n行數字的和為2^(n-1)^。1=2^(1-1)^,1 1=2^(2-1)^,1 2 1=2^(3-1)^,1 3 3 1=2^(4-1)^,1 4 6 4 1=2^(5-1)^,1 5 10 10 5 1=2^(6-1)^。
13). 斜線上數字的和等于其向左(從左上方到右下方的斜線)或向右拐彎(從右上方到左下方的斜線),拐角上的數字。1 1=2,1 1 1=3,1 1 1 1=4,1 2=3,1 2 3=6,1 2 3 4=10,1 3=4,1 3 6=10,1 4=5。
14). 将各行數字左對齊,其右上到左下對角線數字的和等于斐波那契數列的數字。1,1,1 1=2,2 1=3,1 3 1=5,3 4 1=8,1 6 5 1=13,4 10 6 1=21,1 10 15 7 1=34,5 20 21 8 1=55。
實現楊輝三角形的打印也有很多方式,今天我為大家介紹兩種方式:
根據上面的性質,如果我們要打印一個11行的楊輝三角形,我們可以将整個排列看做是一個n行,0-n列的矩陣,再結合上面的性質8,我們将這個矩陣用一個二維數組來實現,如下圖:
2.2 代碼分步實現
2.2.1 根據示意圖,我們先定義一個二維數組:
int n = 11;//要幾行的數據
int[][] values = new int[n][];//定義n行,但暫時每行的列數先不定義
2.2.2 生成二維數組,根據楊輝三角形性質,n行的數字個數為n:
for(int i = 0;i < values.length ; i ){
values[i] = new int[i 1];//行0有1列,行1有2列,....,行n有n 1列
}
2.2.3 填充二維數組:
for(int i = 0;i < values.length ; i ){
values[i] = new int[i 1];//行0有1列,行1有2列,....,行n有n 1列
for(int j = 0 ; j < values[i].length ; j ){
//根據性質1,每行的首尾都為:1
if(j == 0 || j == value[i].lenght - 1){
values[i][j] = 1;
}else if(i > 1){//根據性質8,除首尾外的其它數字 = 上方數 上方左側的數
values[i][j] = values[i - 1][j] values[i - 1][j - 1];
}
}
}
2.2.4 完整代碼:
public class YangHui {
public static void main(String[] args) {
yangHui(8);
}
private static void yangHui3(int n) {
int[][] values = new int[n][];//定義n行,但暫時每行的列數先不定義
for(int i = 0;i < values.length ; i ){
values[i] = new int[i 1];//行0有1列,行1有2列,....,行n有n 1列
for(int j = 0 ; j < values[i].length ; j ){
//根據性質1,每行的首尾都為:1
if(j == 0 || j == values[i].length - 1){
values[i][j] = 1;
}else if(i > 1){//根據性質8,除首尾外的其它數字 = 上方數 上方左側的數
values[i][j] = values[i - 1][j] values[i - 1][j - 1];
}
}
}
print(values);
}
private static void print(int[][] values) {
for(int i = 0; i < values.length; i ) {
for(int j = 0; j < values[i].length; j ) {
System.out.printf("%-4d", values[i][j]);
}
System.out.println();
}
}
}
數組的方式比較好理解,但需要創建二維數組,效率較低,接下來我們看一下不需要數組的寫法。
三、不使用數組的方式3.1 算法說明根據性質6,第n行的m個數可表示為 C(n-1,m-1),即為從n-1個不同元素中取m-1個元素的組合數。
我們将其表示為C(i , j)的組合數,那麼就有以下算法:
1、例如:i=3、j=2的位置上,值為C(3,2),即(3*2)/(1*2)=3/1 * 2/2 = 3
2、例如:i=5、j=3的位置上,值為C(5,3),即(5*4*3)/(1*2*3)= 5/1 * 4/2 * 3/3 = 5 * 2 * 1 = 10
3、例如:i=7、j=4的位置上,值為C(7,4),即(7*6*5*4)/(1*2*3*4) = 7/1 * 6/2 * 5/3 * 4/4 = 35
根據上述算法,我們就可以很方便的寫出以下代碼:
private static void yangHui2(int n) {
for(int i = 0; i < n; i ) {//行
for(int j = 0; j <= i; j ) {//列
//計算每列的值
int value = 1;
for(int k = 0; k < j; k ) {
value = value * (i-k) / (k 1);
}
System.out.printf("%-4d", value);
}
System.out.println();
}
}
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