线性递归模式,往往对应于减而治之(decrease-and-conquer)的算法策略:
递归每深入一层,待求解问题的规模都缩减一个常数,直至最终蜕化为平凡小的问题。
案例1:数组求和之线性递归
算法实现:
int sum(int n)
{
if(n == 0)
return 0;
return sum(n - 1) + n;
}
算法分析:
- 时间复杂度:
O(n) - 空间复杂度:
O(n)
案例2:数组倒置
问题描述:
考查数组倒置问题, 也就是将数组中各元素的次序前后翻转。 比如,若输入数组为:
A[] = { 3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6 }
则倒置后为:
A[] = { 6, 2, 9, 5, 1, 4, 1, 3 }
算法思路:
为得到整个数组的倒置,可以先对换其首、末元素,然后递归地倒置除这两个元素以外的部分。
算法实现:
#include <iostream>
using namespace std;
void reverse(int *A, int lo, int hi)
{
if(lo < hi)
{
int t = A[lo];
A[lo] = A[hi];
A[hi] = t;
reverse(A, lo + 1, hi - 1);
}
}
void reverse(int *A, int n)
{
reverse(A, 0, n - 1);
}
int main()
{
int A[8] = { 3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6 };
int n = 8;
reverse(A, n);
for(int i = 0; i < n; i++)
cout << A[i] <<" ";
cout << endl;
return 0;
}
算法分析:
- 时间复杂度:
递归跟踪法:
从中可以清楚地看出,每递归深入一层,入口参数lo和hi之间的差距必然缩小2,因此递归深度(亦即时间复杂度)为:(hi - lo) / 2 = n/2 = O(n)
递推方程法:
- 将处理长度为n的数组所需时间成本记为T(n)。
- 为解决长度为n的数组,需递归解决长度为n - 2的数组,以及两个元素的交换。
可得一般性的递推关系:
T(n) = T(n - 2) + O(1) = T(n - 2) + c ,其中c为常数 - 抵达递归基时,求解平凡问题需要常数时间(返回),即可获得如下边界条件:
T(1) = T(0) = O(1) = c', 其中c'为常数
T(n) = T(n - 2) + c (1)
T(1) = c' (2)//n为奇数
使用 n - 2 替换(1)式中的 n,得:
T(n - 2) = T(n - 4) + c (3)
T(n) + c = T(n - 2) + 2c
T(n) + c = T(n - 4) + c + 2c //使用(3)式做等价替换
T(n) + c = T(n - 4) + 3c = T(n - 6) + 4c = T(n - 8) + 5c
T(n) + c = ...
T(n) + c = T(1) + [(n - 1)/2 + 1]c
T(n) + c = c' + [(n + 1)/2]c
T(n) = [(n - 1)/2]c + c'
T(n) = O(n)
- 空间复杂度:
O(1)