生成器/迭代器/斐波那契数列

迭代器

迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象。迭代器对象从集合的第一个元素开始访问,直到所有的元素被访问完结束,引发一个StopIteration。迭代器只能往前不会后退。迭代器有两个基本的方法:iter() 和 next()。

字符串,列表或元组对象都可用于创建迭代器:

>>> list=[1,2,3,4]
>>> it = iter(list)    # 创建迭代器对象
>>> print (next(it))   # 输出迭代器的下一个元素
1
>>> print (next(it))
2

迭代器对象可以使用常规for语句进行遍历:

list=[1,2,3,4]
it = iter(list)    # 创建迭代器对象
for x in it:
    print (x, end=" ") 

输出:1 2 3 4

也可以使用循环:

while True: 
    print (next(it))

也可以使用 list 方法,将迭代器转成列表全部输出。

创建迭代器:

把一个类作为一个迭代器使用需要在类中实现两个方法__iter__()__next__()

__iter__()方法返回一个特殊的迭代器对象, 这个迭代器对象实现了 __next__()方法并通过 StopIteration 异常标识迭代的完成。

__next__()方法会返回下一个迭代器对象。

创建一个返回数字的迭代器,初始值为 1,逐步递增 1:

class MyNumbers:
  def __iter__(self):
    self.a = 1
    return self
 
  def __next__(self):
    x = self.a
    self.a += 1
    return x

myclass = MyNumbers()
myiter = iter(myclass)
 
print(next(myiter))

输出:1

定义一个斐波那契数列:(1、1、2、3、5、8、13、21、34、······)

class Fibs():
    def __init__(self):
        self.a = 0
        self.b = 1

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a+self.b
        return self.a


myclass = Fibs()
my = iter(myclass)
print(next(my))
print(next(my))
print(next(my))
for f in myclass:
    if f>1000: break
    print(f)

输出:1 1 2 3 5 8 13 ··· 987

生成器

在 Python 中,使用了 yield 的函数被称为生成器(generator)。
跟普通函数不同的是,生成器是一个返回迭代器的函数,只能用于迭代操作,更简单点理解生成器就是一个迭代器。
在调用生成器运行的过程中,每次遇到 yield 时函数会暂停并保存当前所有的运行信息,返回 yield 的值, 并在下一次执行 next() 方法时从当前位置继续运行。
调用一个生成器函数,返回的是一个迭代器对象。
以下实例使用 yield 实现斐波那契数列:

def fibonacci(n): # 生成器函数 - 斐波那契
    a, b, counter = 0, 1, 0
    while True:
        if (counter > n): 
            return
        yield a
        a, b = b, a + b
        counter += 1
f = fibonacci(10) # f 是一个迭代器,由生成器返回生成
生成器底层实现?

斐波那契数列

除了上文利用生成器构成斐波那契数列的方法,还可以利用循环或者递归。

循环:时间复杂度O(n)

def Fibonacci(n):
    a, b = 0, 1
    for i in range(n):
        a, b = b, a+b
    return a

递归:时间复杂度很大,有很多重复计算,最好不用

def Fibonacci(n):
    if n == 0:
        return 0
    if n == 1 or n == 2:
        return 1
    return Fibonacci(n-1) + Fibonacci(n-2)

变形1:
一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法(先后次序不同算不同的结果)。
解析:
初值 n=1,一种;n=2,两种(11,2);可得 n>2:f(n)=f(n-1)+f(n-2)还是斐波那契数列,只是去掉最前面的1,将上面代码稍微修改即可。

def jumpFloor(n):
    a, b = 1, 1
    for i in range(n):
        a, b = b, a+b
    return a

变形2:
一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级……它也可以跳上n级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。
解析:这是一种排列问题,比如3级有 111,12,21,3四种,四级可以写出有8种,其实就是 2n-1种。类似的还有数字 n 有多少种组合方式,先后次序不同是不同的方式,常见于分物品物体。

def jumpFloorII(self, number):
    if number == 0:
        return 0
    return 2 ** (number - 1)

变形3:
我们可以用2x1的小矩形横着或者竖着去覆盖更大的矩形。请问用n个2x1的小矩形无重叠地覆盖一个2xn的大矩形,总共有多少种方法?
解析:大矩形高度固定为2,所以n=1时,只有一种放法,竖着放;n=2时,有两种,横着放或者竖着放,横着放的时候,一旦第一个矩形固定了,第二个也就跟着固定了,所以有两种;所以当 n>2 时,第一块竖着放时,剩下的相当于f(n-1),第一块横着放时,由于第一块下面的只能横着放,所以剩下的相当于f(n-2),所以f(n)=f(n-1)+f(n-2)还是斐波那契数列。

def rectCover(n):
    if n < 1:
        return 0
    a, b = 1, 1
    for i in range(n):
        a, b = b, a+b
    return a
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