C 初识递归

作者: 2010jing | 来源:发表于2016-06-15 22:49 被阅读106次

    一般定义(来自网络):在调用一个函数的过程中又出现直接或间接地调用该函数本身,就是函数的递调用。

    为求解规模为N的问题,设法将它分解成规模较小的问题,然后从这些小问题的解方便地构造出大问题的解,并且这些规模较小的问题也能采用同样的分解和综合方法,分解成规模更小的问题,并从这些更小问题的解构造出规模较大问题的解。特别地,当规模N=1时,能直接得解。

    递归算法的执行过程分递推和回归两个阶段。
    在递推阶段,把较复杂的问题(规模为n)的求解推到比原问题简单一些的问题(规模小于n)的求解。
    在回归阶段,当获得最简单情况的解后,逐级返回,依次得到稍复杂问题的解。

    在编写递归函数时要注意,函数中的局部变量和参数知识局限于当前调用层,当递推进入“简单问题”层时,原来层次上的参数和局部变量便被隐蔽起来。在一系列“简单问题”层,它们各有自己的参数和局部变量。由于递归引起一系列的函数调用,并且可能会有一系列的重复计算,递归算法的执行效率相对较低。
    当某个递归算法能较方便地转换成递推算法时,通常按递推算法编写程序。

    总结一下
    1:递归算法的思想

    递归算法是把问题转化为规模缩小了的同类问题的子问题。
    然后递归调用函数(或过程)来表示问题的解。
    在C语言中的运行堆栈为他的存在提供了很好的支持,过程一般是通过函数或子过程来实现。

    递归算法:在函数或子过程的内部,直接或者间接地调用自己的算法。

    2:递归算法的特点:
    递归算法是一种直接或者间接地调用自身算法的过程。
    在计算机编写程序中,递归算法对解决一大类问题是十分有效的,它往往使算法的描述简洁而且易于理解。

    递归算法解决问题的特点:
    (1) 递归就是在过程或函数里调用自身。
    (2) 在使用递归策略时,必须有一个明确的递归结束条件,称为递归出口。
    (3) 递归算法解题通常显得很简洁,但递归算法解题的运行效率较低。所以一般不提倡用递归算法设计程序。
    (4) 在递归调用的过程当中系统为每一层的返回点、局部量等开辟了栈来存储。递归次数过多容易造成栈溢出等。所以一般不提倡用递归算法设计程序。

    3:递归算法的要求
    递归算法所体现的“重复”一般有三个要求:

    一是每次调用在规模上都有所缩小(通常是减半);
    二是相邻两次重复之间有紧密的联系,前一次要为后一次做准备(通常前一次的输出就作为后一次的输入);
    三是在问题的规模极小时必须用直接给出解答而不再进行递归调用,因而每次递归调用都是有条件的(以规模未达到直接解答的大小为条件),无条件递归调用将会成为死循环而不能正常结束。

    我们看看几个经典递归问题

    使用递归来解决斐波那契数列的第n个数是多少?(初始默认前两个值是 1,2)斐波那契数列简单来说就是下一个数是前两个数的总和。不知道这个的话请自行google脑补一下。利用递归思想,可以写成如下代码

    int is_recursive_fib(int index){
        if(index == 1 || index == 2){
            return index;
        }else{
            return is_recursive_fib(index - 1) + is_recursive_fib(index - 2 );
        }
    }
    

    当index为 1 或者 2 的时候,就直接返回 index的值;
    当index不为 1 或者 2 的时候,就返回is_recursive_fib(index - 1) + is_recursive_fib(index - 2 );

    二话不说,先上个小图分析分析(毕竟没有绘画功底,见谅)

    1.jpg

    假设求第五个数,它的值是多少。
    分析过程如下:

    第一步,调用函数 传递参数是 5; 见 ①
    第二步,拆解为 f(4) + f(3); 见 ②
    第三步,将左边的f(4) 拆解为 f(3) + f(2);见 ③
    第四步,将第三步分解出来f(3),再次拆分为 f(2) + f(1); 见 ④
    这个时候根据返回条件 index 是 1 或者 2,就开始返回回去;
    第五步,将f(2) + f(1) = 3的值返回回去; 见⑤
    这个时候f(3)得到返回的值 3, 然后和f(2) 相加计算得到值 是 5
    第六步,将f(3) + f(2)的值为 5, 返回给 f(4);见 ⑥
    这个时候 f(4)得到值 就是 5
    第七步,拆解右边的 f(3)为 f(2) + f(1); 见 ⑦
    这个时候 index为 1 和 2,满足返回条件
    第八步,将 f(2) + f(1)的值 为 3 返回给 f(3);见 ⑧
    第九步,将左边 f(4) 的值 5 和 右边 f(3)的值 3 相加, 然后返回给 f(5);见⑨
    最后,我们就得到f(5)的结果是 8.

    前面已经提到使用递归,解决问题思路上会很简单,但是效率却非常低。
    我们来改写一下如果上面例子不用递归方法来实现,改用 for循环迭代计算看看效果如何。
    先上代码

    int not_recursive_fib(int index){
        if(index == 1 || index == 2){
            return index;
        }
    
        int array[index+1];
        array[1] = 1;
        array[2] = 2;
        int i=0;
        for(i = 3;i<=index; i++){
            array = array[i-1] + array[i-2];
        }
        return array[index];
    }
    

    这个算法可以简单看出 如果是 1 或者 2 就直接返回了结果。
    如果大于2的话, 怎定义一个数组, 在for 循环那里,每一次计算下一个值,下标从3开始。
    但是比较一下两个的效率如何:
    同一台电脑设备前提下, 我们设置求第45个值是多少

    2.png

    相比之下,用递归方法的 比 不是用递归方法的效率居然差 5倍之多! 本文章例子在CodeBlocks 13.12版本测试通过**recursion.c

    给一道课外习题
    汉诺(Hanoi)塔问题:古代有一个梵塔,塔内有三个座A、B、C,A座上有64个盘子,盘子大小不等,大的在下,小的在上(如图)。有一个和尚想把这64个盘子从A座移到B座,但每次只能允许移动一个盘子,并且在移动过程中,3个座上的盘子始终保持大盘在下,小盘在上。在移动过程中可以利用B座,要求打印移动的步骤。如果只有一个盘子,则不需要利用B座,直接将盘子从A移动到C。

    3.gif

    参考答案

    /**
    *
    Tutorial 汉诺(Hanoi)塔问题
    
    show the steps how to move one by one
    
    Author: hejing
    Email: 2010jing@gmail.com
    Date : 2015/11/3
    *
    **/
    
    #include <stdio.h>
    
    void move(char x,char y); // 对move函数的声明
    void hanoi(int n,char one,char two,char three) ;// 对hanoi函数的声明
    int count = -1;
    
    int main()
    {
    
    
        //hanoi函数
        int m;
        printf("请输入一共有多少个板子需要移动:");
        scanf("%d",&m);
        printf("以下是%d个板子的移动方案:\n",m);
        hanoi(m,'A','B','C');
    
        return 0;
    }
    
    // 定义hanoi函数
    // 将n个盘从one座借助two座,移到three座
    void hanoi(int n,char one,char two,char three) 
    {
    
        if(n==1)
            move(one,three);
        else
        {
            hanoi(n-1,one,three,two); //首先把n-1个从one移动到two
            move(one,three); //然后把最后一个n从one移动到three
            hanoi(n-1,two,one,three); //最后再把n-1个从two移动到three
        }
    }
    
    
    void move(char x,char y) // 定义move函数
    {
        count++;
        if( !(count%5) )
            printf("\n");
        printf("%c移动至%c ",x,y);
    }
    

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