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递推关系

Recurrence relation

用先前项规定序列当前项的关系。

条目类型
定义

形式陈述

递推关系用序列先前项约束后续项。阶数为 k 的显式递推可写成

an=F(n,an1,,ank)(nk).

给定足以启动递推的初始值 a0,,ak1 后,若 F 在相关输入上为单值函数,才唯一确定整个序列。递推也可为隐式、含多个分支或同时定义多条序列。

直觉

递推不是单独的一条等式,而是生成序列的局部规则加足够初始条件。阶数表示确定下一项需要追溯多长历史;初值不足会留下多解,初值与规则冲突则可能无解。递推适合揭示对象如何由更小对象构成,闭式则适合直接读取增长,两者各有用途。

例子与边界

Fibonacci 递推 Fn=Fn1+Fn2 单独不能确定序列;配合 F0=0,F1=1 才唯一。递推 an2=an1 即使给定初值也可能有符号分支,说明“关系”未必提供唯一更新函数。

规则 an=an1+2 若给 a0=1,唯一生成 1,3,5,;不指定 a0 时有一族平移解。Catalan 递推包含卷积,Fibonacci 是二阶线性递推,二者求解工具不同。若递推只对 n2 成立,就必须明确 a0,a1,不能从公式向负索引任意倒推。

推论与应用

序列配合局部函数关系形成递推,线性递推可用迭代展开、特征根、矩阵或普通生成函数处理。分治算法的运行时间常使用主定理估计,组合对象的根分解和动态规划状态转移也会先自然产生递推,再通过界估计或闭式求解理解规模增长;方法能否使用取决于线性、齐次性和系数结构。

参考资料
  • Ronald L. Graham, Donald E. Knuth, and Oren Patashnik, Concrete Mathematics, 2nd ed., Addison-Wesley, 1994,Ch. 1。
  • Richard P. Stanley, Enumerative Combinatorics, Vol. 1, 2nd ed., Cambridge University Press, 2011,§§1.1–1.2。
关系图谱12 个相邻概念 · 2 类关系

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