数据结构与算法 黄金分割法分析股票涨跌的原理

tip：在学习该篇前，建议去搞懂 二分查找，关于 二分查找 请看 数据结构与算法——查找算法-二分查找

基本介绍

斐波那契(黄金分割法)搜索(Fibonacci search) ，又称斐波那契查找，是区间中单峰函数的搜索技术。

斐波那契搜索就是在二分查找的基础上根据斐波那契数列进行分割的。在斐波那契数列找一个等于略大于查找表中元素个数的数F[k]，将原查找表扩展为长度为F[k](如果要补充元素，则补充重复最后一个元素，直到满足F[k]个元素)，完成后进行斐波那契分割，即F[k]个元素分割为前半部分F[k-1]个元素，后半部分F[k-2]个元素，找出要查找的元素在那一部分并递归，直到找到。

黄金分割 点是指把一条 线段 分割为两部分，使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。取其前三位数字的近视值是 0.618。由于按此比例设计的造型十分美丽，因此称为 黄金分割，也称为 中外比。这是一个神奇的数字，会带来意想不到的效果。

简单说，两条线的比例为 1:1.618，比如上图的头和身体的比例、鼻子和嘴巴下巴的比例

斐波那契数列 {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 } 发现斐波那契数列的 两个相邻数的比例，无限接近 黄金分割值 0.618

简单说：

3/2=1.5 、5/3=1.667、8/5=1.6、13/8=1.625 这样看来，他们的比例值是无限接近的 1.618 的1/2=0.5 、3/5=0.6、5/8=0.625、8/13=0.6125 这样看，他们的比例值是无限接近 0.618 的算法原理

与 二分查找、插值查找 类似，也只是改变了 mid 值

要从这个数组 arr = {1, 8, 10, 1000} 中查找数值 1000斐波那契数列：{1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 }1. 在斐波那契数列中找到符合这个数组长度的数值，如果没有，则找最相近的一个，但要大于或等于数组长度的值 arr.length = 4, 在斐波那契数列中，没有 4 这个值，最近的一个是数值 5 ，index = 4 那么 k = 4（这里看不懂请看上面的基本介绍）2. 要将原数组的长度扩充为这个 k 对应斐波那契数列中的数值 5，多余出来的 1 个数字用原数组 arr 的最后一个值填充 也就是： arr = {1, 8, 10, 1000} 扩充成如下 newArr = {1, 8, 10, 1000,1000}3. 计算 mid 值

他的公式是 mid = low + F(k-1) -1 注：F代表斐波那契数列

怎么理解呢？由上述所知，k = 4，

{1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 } ↑ ↑ k ↑ k-1 k-2

斐波那契数列的特性是除了相邻数的比例是无限接近黄金分割值，还有一个特性是：相邻的两个数相加等于后一个数

就如上所述： 2 + 3 = 5 ，3 + 5 = 8；那么其中公式变量解释如下：

mid ：就是我们要对比的值索引low：该线段的最左端F(k-1) 和 F(k-2)：即F[k]个元素分割为前半部分F[k-1]个元素，后半部分F[k-2]个元素

那么 原始arr = {1, 8, 10, 1000} 的长度是 4，扩充为斐波那契数列中的值的长度后，新的数组长度是 5

k = 4斐波那契数列 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 }扩充后的有序数组 = {1, 8, 10, 1000,1000}根据公式 mid = low + F(k-1) -1当 low = 0 时：mid = 0 + 3 - 1 = 2当 low = 1 时：mid = 1 + 3 - 1 = 3当 low = 2 时：mid = 2 + 3 - 1 = 4 当 low = 3 时：mid = 3 + 3 - 1 = 5 , 此时新数组长度为 5，最大下标为 4，已经超过该数组最大个数了，可以认为没有找到。上面的验证是验证这个公式是否有效，至少不会出现数组越界的情况

那么再来推导验证下改变 k 的值，上面的 k = 4

当 k = 3 ，low = 0 ： mid = 0 + 2 -1 = 1当 k = 2 ，low = 0 ： mid = 0 + 1 -1 = 0当 k = 1 ，low = 0 ： mid = 0 + 1 -1 = 0

可以看到移动其中的 k 也是不会导致数组越界的。

那么再来看，k、k-1、k-2 有啥作用

arr = {1, 8, 10, 1000} 扩充成如下 newArr = {1, 8, 10, 1000,1000} {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 } ↑ ↑ k ↑ k-1 k-2扩充后的数组长度为 5 - - - - - 这一条线的长度为 5 ，也就是 k = 4 ↑ 左侧长度为F(k-1) = 3 右侧长度为F(k-2) = 2

那么再来看下面的图：

斐波那契数列性质 F[k] = F[k-1] + F[k-2]

由以上性质可以得到上图的组合: F[k]-1 = (F[k -1] -1) + (F[k-2] -1) + 1

上图的公式 F[k - 1] - 1 + 中间 mid 占用 1 个位置 + F[k - 2] -1 + 1 位置 就是这个数组的所有元素个数。

那么说明：只要顺序表的长度为 F[k]-1（F[k]-1是扩充后的有序数组的最后一个数的下标），则可以将该表分成 长度为 F[k-1]-1（F[k-1]-1是数组分成两部分后的前半部分的最后一个数的下标，这个也是中间值的下标mid） 和 F[k-2]-1 两段，如上图所示

那么中间值则为：mid = low + F[k-1]-1 注意：这里讲的有点乱你们意会一下。

上面说了这么多，其实也并没有说明白他的这个求中间值的公式为什么是这样，只是得到了最重要的几个信息：

求中间值是通过斐波那契数列来计算的

原始数组和斐波那契数列的关系是：

①原始数组的长度必须扩充至斐波那契数列中某一个值的长度

②因为可以通过斐波那契数列的性质，将这一个扩充数组分成黄金分割的两段

③分成两段后，就可以查找中间值，而这个中间值则可称为黄金分割点

④查找该点，是否是所要查找的值，如果不是，则根据大小，可继续将某一段继续分割，查找他的黄金分割点

k：进行 k 的减少或增加，必然可以根据斐波那契数列的特性，将数列分成两段

好了，个人理解差不多就只能这样了，下面看一遍代码实现，结合上面所讲，你就明白了，只能感叹数学之美。

代码实现

这里使用非递归的方法

public class FibonacciSearchTest { @Test public void fibTest() { int[] arr = {1, 8, 10, 89, 1000, 1234}; System.out.println("原数组：" + Arrays.toString(arr)); int findVal = 1; int result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); findVal = -1; result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); findVal = 8; result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); findVal = 10; result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); findVal = 1000; result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); findVal = 1234; result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); findVal = 12345; result = fibSearch(arr, findVal); System.out.println("查找值 " + findVal + "：" + (result == -1 ? "未找到" : "找到值，索引为：" + result)); } public static int max_size = 20;//生成的斐波那契数列大小 private int fibSearch(int[] arr, int key) { // 构建一个斐波那契数列 int[] f = fib(); int k = 0; int low = 0; int high = arr.length - 1;//原始数组最后一个值的下标 // 查找 k，由数组长度，找到在斐波那契数列中的一个值 while (high > f[k] - 1) {//因为high是arr.length - 1，所以f[k] - 1 k++; } // 构建临时数组 int[] temp = Arrays.copyOf(arr, f[k]);//这个方法，不足的部分会使用0填充 // 将临时数组扩充的值用原始数组的最后一个值（最大值）填充 for (int i = high + 1; i < temp.length; i++) { temp[i] = arr[high]; } //中间值下标 int mid = 0; //这里有一步看不懂的话，结合上面的讲解来看 // 当两边没有交叉的时候，就都可以继续查找 while (low temp[mid]) {// 要查找的值在数组的右侧 low = mid + 1; k -= 2;//右边部分 }else {// 找到的话 if (mid