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数据结构与算法-递归

数据结构与算法-递归

作者: 这里有颗小螺帽 | 来源:发表于2018-10-15 15:56 被阅读0次

    什么是递归?

    递归(英语:Recursion),又译为递回,在数学与计算机科学中,是指在函数的定义中使用函数自身的方法。递归一词还较常用于描述以自相似方法重复事物的过程。

    在用代码实现时,递归一般是直接或者间接调用函数自身。递归的应用也很广泛,比如在 DFS 深度优先搜索、前中后序二叉树遍历等。

    相关实例

    电影院找座位排号问题

    当你自己去电影院看电影时(不知道为啥是自己去看电影),影厅一般很黑,自己按照电影票上的座位号坐下了,健忘的你又把排号忘了,而你又有点强迫症,就想知道自己坐在哪一排,怎么办?看电影票,太黑看不见,看手机购买订单,恰巧是线下买的。最简单的办法就是问你前面那个人是多少排,如果他也不知道,就再问前前一排,一直问到第一排的观众,每一排的观众再把自己所在的排号返回来,这样,你就知道自己是第几排了,这就是递归的思想。(说得有点啰嗦了)

    递归的思想就是,把一个问题分解成一个个的子问题和子子问题,然后这些子问题逐级返回,得到最终结果。递归问题还需要一个终止条件,比如在电影院这个问题中,终止条件就是问到第一排的观众。除此之外,每个子问题的求解思路都必须完全一样。下面总结一下递归需要满足的几个条件:

    • 一个问题的解可以分解为几个子问题的解。
    • 这个问题与分解后的子问题,除了数据规模不同外,求解思路完全一样。
    • 存在递归终止条件。

    递归算法的核心就是根据一个问题归纳出该问题求解的递推公式,对于这个问题,假如你在第 f(n) 排,那么 f(n) = f(n-1)+1,这就是递推公式,另外终止条件是 n==1,现在用代码实现一下。

    def cinema(n):
        if n == 1:
            return 1
        return cinema(n-1) +1
    result = cinema(14)
    print (result)
    
    

    上台阶问题

    上台阶问题也相当于斐波那契问题,具体描述是这样的:有一个 n 级台阶,一个人从第一级往上走,每次只能走 1 级或者 2 级,问有多少种走法。

    下面用逆向思维来考虑这个问题,先看最上面那个台阶 f(n) ,上这级台阶有两种方法<1>,一是迈 1 级上去 f(n-1),二是迈 2 级上去 f(n-2),这两种方法又分别有两种相同的子方法<2>,一次分析下去,一直到第 1 级台阶和第 2 级台阶结束。<3>

    我标出的 <1>、<2>、<3> 恰好符合递归的条件,递推公式为 f(n) = f(n-1)+f(n-2),下面用代码实现一下。

    def Fbsq(n):
        if (n < 0):
           return -1
        elif (n == 1):
            return 1
        elif (n == 2):
            return 2
        else:
            return Fbsq(n-1) + Fbsq(n-2)
    result = Fbsq(10)
    print (result)
    
    
    

    警惕堆栈溢出

    那节这种说过,函数调用是通过栈来实现的,递归需要不断地进行函数调用,相当于不断地压栈,很容易造成堆栈溢出,会造成系统性的崩溃,所以递归求解不适合用在数据规模大的地方

    为了防止堆栈溢出的出现,可以限制递归的深度,但治标不治本,数据规模大的话,还是不用递归为好。

    警惕重复计算

    看一个这个例子:


    重复计算.jpg

    里面 f(3) 被多次计算,会无故消耗代码运行时间,为了避免这种重复计算的情况出现,可以将已经计算的 f(n) 保存在一个散列表中,当调用 f(n) 时,可以先看看散列表中有没有,没有的话再计算。

    递归代码写成非递归的形式

    递归代码都能写成非递归的形式,例如电影院问题,写成非递归的形式为:

    def Ncinema(n,result):
        for i in range(n):
            result += 1
        return result
    number = Ncinema(14,0)
    print (number)
    
    

    小结

    递归需要满足三个条件,递归用在数据规模较小的情况下,要注意堆栈溢出和重复计算,每个递归都能写成非递归的形式。

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