递归算法

很多人大一刚学C语言程序基础设计的时候,一定会接触到递归。那时候的你可能会懵逼抽象,理解后会赞不要太神奇,但实际在做题中不会用递归,不知道怎么用递归来解决问题。

然而,递归算法是各路神仙钟爱的算法,很多问题如果能用递归模型简化,那么代码写起来会异常的简单顺畅,比如树的前序后序中序,排序,以及汉诺塔问题等,因为如果不用递归,就要写很多行的循环代码。几乎所有的语言都绕不开递归,他们都支持函数的自调用,通过调用自身来进行递归,能够简单明了阐明问题。

递归是计算机科学中十分重要的概念,能用来解决很多科学难题。大都数编程书上的教材例子是费波纳契数

递归分为递归头和递归体。递归头就是什么时候不调用自身方法,如果没有递归头,将会现如死循环,也就是我们必须要设置停止条件。

递归体就是不断调用自己的自身方法。

基本递归都能取代循环,只要你能把问题用递归模型简化,虽然如此但是真正在项目中用递归的程序员往往会被人鞭笞,因为递归在项目中要用之谨慎,代码简洁的递归也有很大的副作用,而这些副作用缺点往往是致命性的。所以更多的时候在程序设计中不建议你用递归方法。

递归在效率上大部分场景都不是最佳的

递归是不断调用函数自身,往往会消耗时间和空间。每一次调用,都得在内存栈中分配空间以保存参数、返回地址以及临时变量,而往栈中压入数据和弹出数据都需要时间。有可能你这段代码里有很多局部变量,这些变量的内存在栈里,每递归一次,就要分配一次内存,当递归次数增加时,是非常可怕的。特别是申请大块内存时,往往占掉了CPU和内存,导致进程崩掉蓝屏。

递归中很多计算都是重复的,由于其本质是把一个问题分解成两个或者多个小问题,多个小问题存在相互重叠的部分,则存在重复计算,如fibonacci斐波那契数列的递归实现。

递归在性能上也不是最佳的,会造成极大的浪费

调用栈可能会溢出,其实每一次函数调用会在内存栈中分配空间,而每个进程的栈的容量是有限的,当调用的层次太多时,就会超出栈的容量,从而导致栈溢出。所以说,在一些内存空间有限的场景,这是不被允许的。

这两个特性,导致了递归的思想只能用于解决一些独立的问题,比如在一些独立的场景里,在不考虑效率和性能的场合下,用来解决一些问题。往往用递归的场景,基本就不安排其他的算法,专门会腾出比较大的空间给递归服务。

附:这里举个例子,用递归来解决汉诺塔问题。

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汉诺塔问题是

编程实现把 A 的 n 个盘子移动到 C(盘子编号是 [1, n] )

每次只能移动1个盘子

大盘子只能放在小盘子下面

1、汉诺塔 — 1个盘子

2、汉诺塔 — 2个盘子

3、汉诺塔 — 3个盘子

看到这里你肯定知道了这个以前玩过的游戏,汉诺塔往往也是在acm练习题中必修的课。

汉诺塔 — 思路

其实分 2 种情况讨论即可

(1)当 n == 1时,直接将盘子从 A 移动到C

(2)当 n > 1时,可以拆分成3大步骤

①将 n– 1 个盘子从 A 移动到B

② 将编号为 n 的盘子从 A 移动到C

③将 n– 1 个盘子从 B 移动到C

✓ 步骤①③ 明显是个递归调用


运行结果:将1号盘子从A移动到C将2号盘子从A移动到B将1号盘子从C移动到B将3号盘子从A移动到C将1号盘子从B移动到A将2号盘子从B移动到C将1号盘子从A移动到C

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