從零開始體驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之美(1)- 基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)

2017給自己列了幾項(xiàng)任務(wù)歪脏,其中之一就是重新學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)肮塞,從本文開始的一系列文章,都是自己研讀《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析 第二版》的學(xué)習(xí)心得铸本,其中一定會(huì)有偏頗甚至淺陋之處,隨時(shí)歡迎提出指正遵堵,謝謝箱玷!

基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)主要用到了指數(shù)、對(duì)數(shù)陌宿、級(jí)數(shù)以及證明方法锡足,內(nèi)容比較枯燥,我自己寫的也很痛苦壳坪,但這些知識(shí)總歸是有用的舶得,在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法時(shí)也是必要的,所以自己還是硬著頭皮啃完了爽蝴。這其中好多公式都是高中的知識(shí)(理科)沐批,曾經(jīng)是信手拈來,現(xiàn)在好多公式和定理自己都在紙上推導(dǎo)了半天霜瘪,有些唏噓……好了,不廢話了惧磺,下面上干貨颖对,確實(shí)很干,干的嘴皮都破了……

用到的網(wǎng)站:<a herf:"http://www.codecogs.com/latex/eqneditor.php">數(shù)學(xué)公式編輯器</a>

一磨隘、指數(shù)

公式

  1. ?


  2. ?


  3. ?


  4. ?
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?{N}+X{N}=2X^{N}\neq X^{2N})
  5. ?


二缤底、對(duì)數(shù)

1.定義

如果X的A次冪為B顾患,則稱A為以X為底B的對(duì)數(shù)
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,如果沒有特別聲明个唧,則對(duì)數(shù)一般以2為底

2.定理

  1. ?
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?log_{A}B=\frac{log_{C}B}{log_{C}A}; A,B,C > 0, A\neq1,C\neq1)

  2. ?
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?logAB={logA}+{logB}; A,B > 0)

三江解、級(jí)數(shù)

公式

  1. ?


  2. ?


  3. ?
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum_{i=1}^{N}i=\frac{N(N+1)}{2}\approx \frac{N^{2}}{2})

  4. ?
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum_{i=0}{N}i2=\frac{N(N+1)(2N+1)}{6}\approx \frac{N^{3}}{3})

  5. ?
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum_{i=0}{N}ik\approx \frac{N^{k+1}}{|k+1|}, k\neq-1)

當(dāng)k=-1時(shí),此公式不成立徙歼。此時(shí)我們需要下面的公式犁河,數(shù)Hn叫做調(diào)和數(shù),這個(gè)和叫做調(diào)和和魄梯。這個(gè)近似式中的誤差趨向于0.57721566桨螺,被稱為歐拉常數(shù)γ。
![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?H_N=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{i}\approx log_eN)

四酿秸、模運(yùn)算

定義

如果N整除A-B灭翔,那么就說A與B模N同余,記為
![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?A\equiv B(mod N))
直觀的看辣苏,就是說無論A還是B被N去除肝箱,所得余數(shù)都是相同的。

翻譯一下:大家知道稀蟋,在數(shù)學(xué)中煌张,A/B被叫做:A被B除,或者B除A糊治。那么N整除A-B就意味著A%N = B%N唱矛,例如

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?81\equiv 31\equiv 1(mod 10))

五、證明方法

  1. 歸納法

    由歸納法進(jìn)行的證明有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分井辜。第一步是證明基準(zhǔn)情形绎谦,就是確定定理對(duì)于某個(gè)(某些)小的值的正確性;這一步幾乎總是很簡單粥脚。接著進(jìn)行歸納假設(shè)窃肠。一般來說,它指的是假設(shè)定理對(duì)直到某個(gè)有限數(shù)k的所有的情況都是成立的刷允。然后使用這個(gè)假設(shè)證明定理對(duì)下一個(gè)值(通常是k+1)也是成立的冤留。至此定理得證(在k是有限的情形下)

    現(xiàn)在我們證明一下級(jí)數(shù)中的公式4
    ![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum_{i=0}{N}i2=\frac{N(N+1)(2N+1)}{6};N\geqslant 1)

    首先對(duì)于基準(zhǔn)情形树灶,我們?nèi)菀卓吹较伺?dāng)N=1時(shí)是成立的。然后假設(shè)定理對(duì)1<= k<=N成立天通,然后我們來證明該假設(shè)成立的情況下泊窘,對(duì)于N+1也是成立的。我們有

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum _{i=1}{N+1}i2=\sum _{i=1}Ni2+(N+1)^2)

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum _{i=1}{N+1}i2=\frac{N(N+1)(2N+1)}{6}+(N+1)^2)

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum _{i=1}{N+1}i2=(N+1)[\frac{N(2N+1)}{6}+(N+1)])

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum _{i=1}{N+1}i2=(N+1)\frac{2N^2+7N+6}{6})

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum _{i=1}{N+1}i2=\frac{(N+1)(N+2)(2N+3)}{6})

![](http://latex.codecogs.com/svg.latex?\sum _{i=1}{N+1}i2=\frac{(N+1)[(N+1)+1][2(N+1)+1]}{6})

定理得證

  1. 反例法

    舉出一個(gè)反例即可。

  2. 反證法

    反證法證明是通過假設(shè)定理不成立烘豹,然后證明該假設(shè)導(dǎo)致某個(gè)已知的性質(zhì)不成立瓜贾,從而原假設(shè)是錯(cuò)誤的。

    一個(gè)經(jīng)典的例子是證明存在無窮多個(gè)素?cái)?shù)携悯。為了證明這個(gè)結(jié)論祭芦,我們假設(shè)定理不成立。于是憔鬼,存在某個(gè)最大的素?cái)?shù)Pk龟劲。令P1,P2,…,Pk是依次排列的所有素?cái)?shù)并考慮


顯然,N是比Pk大的數(shù)逊彭,根據(jù)假設(shè)N不是素?cái)?shù)咸灿,因?yàn)镻k是最大的素?cái)?shù)∥甓#可是避矢,P1,P2,…,Pk都不能整除N,因?yàn)槌玫慕Y(jié)果總有余數(shù)1囊榜。這就產(chǎn)生一個(gè)矛盾审胸,因?yàn)槊恳粋€(gè)整數(shù)或者是素?cái)?shù),或者是素?cái)?shù)的乘積卸勺。因此砂沛,Pk是最大素?cái)?shù)的原假設(shè)是不成立的,所以定理成立曙求。

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