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SICP 习题 (1.37)解题总结

SICP 习题 1.37是一条很长的题目,主要讲的是无穷连分式。无穷连分式对我来说又是一个陌生的概念,于是又去百度了一番,发现无穷连分式也是一个很有意思的话题,涉及到无理数的表达。不过我建议大家还是暂时不要深入思考它的数学含义,一旦开始思考可能你又会跳进数学的深渊中不可自拔。


无穷连分式的形式如下:



就像书中说到的,作为无穷连分式的一个特殊例子,如果N和D都为1的话,f= 1/ φ, 这点可以结合我们之前对黄金分割率的计算证明,这里就不多说了,而且,如果你不能从数学上理解它也无所谓,不影响我们做题目,我们越来越强大了,强大到可以忽略题干中得数学定义直接完成习题。


题目进一步讨论无穷连分式的计算,因为无穷连分式是无穷的,所以我们无法直接计算它的结果。为了计算一个无穷连分式的大概结果,简单的办法就是计算前面K个项,就像下面这样:




这样我们就可以通过K 次计算完成某个无穷连分式的计算,当然,计算的结果是一个约数,不是准确数字。


题目要求我们完成一个名为cont-frac的过程,这个过程接受3个参数,分别是n, d 和k,其中n表示无穷连分式的N部分,d表示无穷连分式的D部分,k代表取几个项进行计算。


如果我们仔细看无穷连分式的定义,就会发现这是一个很典型的递归定义。对于我们定义的cont-frac的过程,基本上它要做的事情就是:(cont-frac n) = N(n) / (D(n) + contact-frac(n+1))


除了上面的递归调用以外,cont-frac中还要完成的就是对k的比较,确定什么时候结束递归调用,开始返回。


我定义的递归计算过程如下:

(define (cont-frac n d k)
  (define (cont-frac-inner n d cur-k)
    (if (< cur-k k)
	(/ (n cur-k) (+ (d cur-k) (cont-frac-inner n d (+ cur-k 1))))
	(d cur-k)))
  (cont-frac-inner n d 1))

反过来,实现的迭代计算过程如下:

(define (cont-frac-iter n d k)
  (define (cont-frac-iter-inner n d cur-k cur-value)
    (if (= cur-k k)
	(cont-frac-iter-inner n d (- cur-k 1) (d cur-k))
	(if (> cur-k 1)
	    (cont-frac-iter-inner n d (- cur-k 1) (+ (d cur-k) (/ (n cur-k) cur-value)))
	     (/ (n cur-k) cur-value))))

  (cont-frac-iter-inner n d k 0))


接着,题目还要求我们用这个cont-frac来计算黄金分割率,这个比较简单,直接给n和d传递一个返回1的lambda过程就好了,我的测试方法如下:


(define (Phi-test k)
  (cont-frac (lambda (i) 1.0)
	     (lambda (i) 1.0)
	     k))

(define (Phi-test-iter k)
  (cont-frac-iter (lambda (i) 1.0)
	     (lambda (i) 1.0)
	     k))


最后,题目中还要求我们确定k取值多少的时候可以计算出有4位精度的黄金分割率,这就非常简单了,多测试几个cont-frac的调用就好了。