กลวิธีการค้นหาแบบฟีโบนัชชี

ในวิทยาการคอมพิวเตอร์ กลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชี () เป็นกลวิธีการค้นโดยนำเอาจำนวนฟีโบนัชชีมาสร้างเป็นกลวิธีค้นตำแหน่งของข้อมูลในแถวลำดับ ที่ได้รับการเรียงลำดับแล้วโดยใช้หลักการของขั้นตอนวิธีการแบ่งแยกและเอาชนะ ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับที่ใช้ในกลวิธีการค้นหาแบบทวิภาค

แต่เมื่อเปรียบเทียบกับกลวิธีการค้นแบบเลขคู่แล้วกลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชีจะมีการตรวจสอบตำแหน่งของข้อมูลโดยใช้การกระจายตัวที่น้อยกว่า ทำให้เกิดข้อได้เปรียบเมื่อใช้กลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชีกับข้อมูลที่ถูกเก็บอยู่ในแหล่งเก็บข้อมูลไม่มีรูปแบบ ซึ่งเวลาในการใช้ค้นตำแหน่งของข้อมูลที่ต้องการในแหล่งข้อมูลดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของข้อมูลที่ได้มีการเข้าถึงครั้งล่าสุด ยกตัวอย่างแหล่งข้อมูลแบบไม่มีรูปแบบอาธิเช่น แถบบันทึก ที่ซึ่งเวลาในการเข้าถึงข้อมูลใดๆในแถบแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างข้อมูลนั้นกับข้อมูลที่หัวของแถบแม่เหล็กกำลังอ่านอยู่ ทั้งนี้กลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชียังมีข้อได้เปรียบในการค้นข้อมูลในแคช (Cache) หรือแรม (Ram) ซึ่งเป็นแหล่งข้อมูลแบบไม่มีรูปแบบอีกด้วยเช่นกัน

 ลักษณะทั่วไป 
กลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชีใช้หลักการของขั้นตอนวิธีโดยการแบ่งแยกและเอาชนะโดยการตัดถอนข้อมูลในส่วนที่ไม่สนใจออกจนได้ตำแหน่งของข้อมูลที่ต้องการ การตัดถอนครั้งหนึ่งจะตัดถอนเป็นจำนวนในลำดับของจำนวนฟีโบนัชชี และจะลดค่าของลำดับลงเรื่อยๆทุกครั้งที่พิจารณาเสร็จ กลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชีจะสิ้นสุดลงก็ต่อเมื่อเจอตำแหน่งของข้อมูลที่สนใจหรือค้นแล้วไม่พบว่ามีข้อมูลที่สนใจปรากฏอยู่ในแหล่งข้อมูลเลย

 ขั้นตอนวิธี 
ให้ F คือแถวลำดับของจำนวนฟีโบนัชชี ให้ k คือค่าของข้อมูลใดๆในF nคือขนาดของแถวลำดับของข้อมูล ถ้า n เป็นเลขฟีโบนนัชชีให้ Fm=n แต่ถ้า n ไม่ใช่จำนวนฟีโบนัชชีให้ Fm เป็นจำนวนฟีโบนัชชีที่มากกว่า n แต่ใกล้เคียงที่สุด นิยามให้ค่าใน F เหมือนกับลำดับฟีโบนนัชชีโดยให้ Fk+2=Fk+1+Fk โดยที่ k≥0 ,F1=1 และ F0=0
 การหาตำแหน่งของข้อมูลที่สนใจสามารถหาตำแหน่งได้โดยทำตามขั้นตอนต่อไปนี้
 ให้ k = m
 ถ้า k = 0 หมายความว่าไม่พบข้อมูลที่สนใจและให้เลิกทำ
 เปรียบเทียบข้อมูลในตำแหน่ง Fk กับตำแหน่ง Fk-1
 ถ้าตรงกับข้อมูลที่สนใจก็ให้จบการทำงาน
 ถ้าข้อมูลที่สนใจมีค่าน้อยกว่าข้อมูลในตำแหน่ง Fk-1 ให้ทิ้งข้อมูลตั้งแต่ตำแหน่ง Fk+1 ถึง n ให้ k = k-1 แล้วกลับไปทำขั้นตอนที่สองอีกครั้ง
 ถ้าข้อมูลที่สนใจมีค่ามากกว่าข้อมูลในตำแหน่ง Fk-1 ให้ทิ้งข้อมูลตั้งแต่ตำแหน่ง 1 ถึง Fk-1 เรียงตัวเลขที่เหลือใหม่จาก 1 ถึง Fk-2 ให้ k = k-2 แล้วกลับไปทำขั้นตอนที่สองใหม่อีกครั้ง

 นอกจากนี้ยังมีขั้นตอนวิธีอื่นๆอีกดังต่อไปนี้
ให้ R เป็นตารางที่เก็บสถิติขนาด n ช่อง ให้ ที่มีการเพิ่มขึ้นของลำดับ K โดยที่ K1 < K2 < ... < Kn ขั้นตอนวิธีนี้จะหาข้อมูลที่ต้องการตามค่าของ K โดยจะสมมติว่า N+1 = Fk+1ซึ่งหาก N+1ไม่ใช่จำนวนฟีโบนัชชีก็ให้ใช้หลักเกณฑ์การเปลี่ยนเป็นจำนวนฟีโบนัชชีเช่นเดียวกับขั้นตอนวิธีแรก โดยให้ X เป็นข้อมูลที่ต้องการจะหา
 ขั้นที่หนึ่ง ให้ i ← Fk,p ← Fk-1,q ← Fk-2 โดยจากขั้นตอนวิธีจะได้ว่า p และ q เป็นลำดับจำนวนฟีโบนัชชีที่ต่อเนื่องกัน
 ขั้นที่สอง ถ้า X < i ให้ไปทำขั้นที่สาม ถ้า X > i ให้ไปทำขั้นตอนที่สี่ แต่ถ้า X = i จะหมายถึงว่าค้นเจอตำแหน่งของข้อมูลแล้ว คำตอบคือที่ตำแหน่งk ให้จบการทำงาน
 ขั้นที่สาม ถ้า q = 0 จะหมายถึงว่าค้นไม่เจอข้อมูลที่ต้องการและให้จบการทำงาน ถ้าไม่เช่นนั้นให้ i ← i - q ให้ p ← q แล้วจึงให้ q ← q - p จากนั้นกลับไปทำขั้นตอนที่สอง
 ขั้นที่สี่ ถ้า p = 1 จะหมายถึงว่าค้นไม่เจอข้อมูลที่ต้องการและให้จบการทำงาน ถ้าไม่เช่นนั้นให้ i ← i + q ให้ p ← p - q แล้วจึงให้ q ← q - p จากนั้นกลับไปทำขั้นตอนที่สอง

 ตัวอย่างการใช้ขั้นตอนวิธี 
ให้ R เป็นแถวลำดับขนาด 13 ช่องมีข้อมูลคือ {1, 4, 5, 7, 9, 11, 13, 16, 18, 20, 25, 27, 30} ต้องการหาว่า 9 อยู่ในตำแหน่งที่เท่าไหร่ในแถวลำดับ

 เนื่องจาก 13เป็นจำนวนฟีโบนัชชีจึงให้ F เป็นแถวลำดับขนาดเท่ากันและให้ x = 9
 1  4  5  7  9  11  13  16  18  20  25  27  30
1. กำหนดให้ i = F13, p = F8, q = F5 (ขั้นตอนที่หนึ่ง)
 1  4  5  7  9  11  13  16  18  20  25  27 30
2. เนื่องจาก x < i (ขั้นตอนที่สอง) จึงกำหนดค่าใหม่ให้ i = F8, p = F5 , q = F3  (ขั้นตอนที่สาม)
 1  4  5  7  9  11  13  16  18  20  25  27  30
3. เนื่องจาก x < i (ขั้นตอนที่สอง) จึงกำหนดค่าใหม่ให้ i = F5, p = F3 , q = F2  (ขั้นตอนที่สาม)
 1  4  5  7  9  11  13  16  18  20  25  27  30
4. เนื่องจาก x = i จึงได้ว่าค้นเจอค่า 9 ในแถวลำดับที่ช่อง K = 5 (ขั้นตอนที่สอง)

 วิเคราะห์ประสิทธิภาพเชิงเวลา 
 จากทฤษฎีสำคัญ () จะได้ว่าประสิทธิภาพเชิงเวลาคือ

 กลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชีแบ่งการเรียกซ้ำออกเป็นสองส่วนจึงได้ว่าส่วนการเรียกซ้ำคือ  และส่วนภาระจริงนั้นมีการทำงานเป็น  เมื่อรวมกันแล้วประสิทธิภาพเชิงเวลาของกลวิธีการค้นแบบฟีโบนัชชีมีค่าเป็น
  หรือคิดเป็น O(log(n))

 หัวข้ออื่นๆที่เกี่ยวข้อง 
Golden section search

Binary search algorithm

 อ้างอิง 
 David E. Ferguson, "Fibonaccian searching", Communications of the ACM, vol. 3 , is. 12, p. 648, Dec. 1960.
 Manolis Lourakis, "Fibonaccian search in C". . Retrieved January 18, 2007. Implements Ferguson's algorithm.
 Donald E. Knuth, "The Art of Computer Programming (second edition)", vol. 3 , p. 418, Nov. 2003.
 Fibonacci Search

หมวดหมู่:ขั้นตอนวิธีการค้นหา