Harmonic Number(调和级数+欧拉常数)

Harmonic Number
Time Limit:3000MS     Memory Limit:32768KB     64bit IO Format:%lld & %llu

Description

In mathematics, the nth harmonic number is the sum of the reciprocals of the first n natural numbers:

In this problem, you are given n, you have to find Hn.

Input

Input starts with an integer T (≤ 10000), denoting the number of test cases.

Each case starts with a line containing an integer n (1 ≤ n ≤ 108).

Output

For each case, print the case number and the nth harmonic number. Errors less than 10-8 will be ignored.

Sample Input

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

90000000

99999999

100000000





题意:求f(n)=1/1+1/2+1/3+1/4…1/n   (1 ≤ n ≤ 108).,精确到10-8    

知识点:

     调和级数(即f(n))至今没有一个完全正确的公式,但欧拉给出过一个近似公式:(n很大时)

      f(n)ln(n)+C+1/2*n    

      欧拉常数值:C≈0.57721566490153286060651209

      c++ math库中,log即为ln。

 

题解: My New Blog

公式:f(n)=ln(n)+C+1/(2*n);

n很小时直接求,此时公式不是很准。

 

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cmath>

using namespace std;

const int maxn = 2500001;
double a[maxn] = {0.0, 1.0};

int main()
{
    int t, n, ca = 1;
    double s = 1.0;
    for(int i = 2; i < 100000001; i++)
    {
        s += (1.0 / i);
        if(i % 40 == 0) a[i/40] = s;
    }
    scanf("%d", &t);
    while(t--)
    {
        scanf("%d", &n);
        int x = n / 40;
        s = a[x];
        for(int i = 40 * x + 1; i <= n; i++) s += (1.0 / i);
        printf("Case %d: %.10lf\n", ca++, s);
    }
    return 0;
}



其实可以打表水过,毕竟公式记不住是硬伤啊。。

10e8全打表必定MLE,而每40个数记录一个结果,即分别记录1/40,1/80,1/120,...,1/10e8,这样对于输入的每个n,最多只需执行39次运算,大大节省了时间,空间上也够了。


#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cmath>

using namespace std;

const int maxn = 2500001;
double a[maxn] = {0.0, 1.0};

int main()
{
    int t, n, ca = 1;
    double s = 1.0;
    for(int i = 2; i < 100000001; i++)
    {
        s += (1.0 / i);
        if(i % 40 == 0) a[i/40] = s;
    }
    scanf("%d", &t);
    while(t--)
    {
        scanf("%d", &n);
        int x = n / 40;
        s = a[x];
        for(int i = 40 * x + 1; i <= n; i++) s += (1.0 / i);
        printf("Case %d: %.10lf\n", ca++, s);
    }
    return 0;
}


### Harmonic 级数的数学定义与性质 #### 定义 Harmonic 级数是一种无穷级数,其一般形式可以表示为: \[ H_n = \sum_{k=1}^{n} \frac{1}{k} \] 其中 \( H_n \) 表示第 \( n \) 个部分和。当 \( n \to \infty \),该级数被称为调和级数 (Harmonic Series)[^3]。 完整的调和级数表达式如下所示: \[ \sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k} = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \cdots \] #### 收敛性分析 调和级数是一个发散级数。虽然每一项逐渐趋近于零,但整个级数并不收敛到有限值。可以通过比较测试证明这一结论。具体来说,将调和级数的部分和分解成若干组,每组之和大于某个固定常量,则可得出总和趋于无限大[^4]。 #### 渐进增长特性 对于较大的 \( n \),\( H_n \) 可以通过自然对数函数进行逼近: \[ H_n \sim \ln(n) + \gamma \] 这里 \( \gamma \approx 0.5772156649 \)欧拉-马歇罗尼常数 (Euler-Mascheroni constant)[^5]。此公式描述了调和级数的增长速度接近于对数函数的行为。 #### 应用场景 调和级数不仅在纯数学领域有重要意义,在其他学科也有广泛应用。例如在线性算子理论中,特别是涉及微分算子及其特征函数的研究时,可能会间接应用到类似的级数结构[^1]。此外,它还出现在概率论、组合数学等领域之中。 ```python import math def harmonic_number(n): """计算前 n 项的调和数""" return sum(1 / k for k in range(1, n + 1)) # 示例:计算 H_10 和 H_100 并对比 ln(n)+γ 近似值 n_values = [10, 100] euler_mascheroni_constant = 0.5772156649 for n in n_values: hn = harmonic_number(n) approximation = math.log(n) + euler_mascheroni_constant print(f"H({n}) ≈ {hn}, Approximation: {approximation}") ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值