具体数学-第11课(Stern-Brocot树和同余关系一)

简介: 我们接着上节课讲到的Stern-Brocot树继续往下讲。

Stern-Brocot树


我们接着上节课讲到的Stern-Brocot树继续往下讲。

LR序列表示


对于任意分数 image.png ,我们从 image.png 开始走到它所在的结点。如果向左走就记为L,向右走记为R,最终可以得到一个L和R的序列。例如 image.png 的表示就是LRRL。

这种表示产生了两个问题:

1. 给定满足正整数 m 和 n 互素的分数 image.png ,它所对应的LR序列是什么?

2. 给定LR序列,它所表示的分数是什么?

第二个问题看起来更好解决一点,我们先解决第二个问题。

我们定义

image.png

例如

image.png

如果用代码实现的话,对于每个L或者R,如果是L,那么就把右边界设为中间值,如果是R,那么就把左边界设为中间值。

但是如何用数学式子来表达这一过程呢?

我们建立一个2阶方阵:

image.png

表示 image.png 的两个祖先分数image.png

那么初始状态就可以表示为

image.png

如果遇到了向左符号L,那么

image.png

如果遇到了向右符号R,那么

image.png

所以我们将L和R定义成2阶方阵就行了:

image.png

所以

image.png

所以LRRL表示的分数为

image.png

那么第一个问题如何解决呢?

同样可以用类似二叉搜索的方法来求出LR序列,也可以用矩阵的方法来求解,根据上面的L和R的方阵,可以发现:

image.png

对于L也有类似的性质,所以我们得到了如下的求解算法:

如果image.png,输出R,令image.png

如果 image.png ,输出L,令 image.png

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