数据结构与算法笔记day07:递归

    1递归需要满足的三个条件

        1.一个问题的解可以分解为几个子问题的解。

        2.这个问题与分解之后的子问题,除了数据规模不同,求解思路完全一样。

        3.存在递归终止条件。

    2如何编写递归代码?

        写递归代码最关键的是写出递归公式,找到终止条件,然后再将递推公式转化为代码。

        用一个例子来理解~

        假设有n个台阶,每次可以跨1个台阶或者2个台阶,那么这n个台阶有多少种走法?

        实际上,可以根据第一步的走法把所有走法分为两类,第一类是第一步走了1个台阶, 第二类是第一步走了2个台阶。所以,n个台阶的走法=先走1阶后剩下n-1个台阶的走法+先走2阶后剩下n-2个台阶的走法,公式如下:

        f(n)=f(n-1)+f(n-2)   

        终止条件为:f(1)=1,f(2)=2.

        转化成代码:

        写递归代码的关键就是找到如何将大问题分解为小问题的规律,并且基于此写出递推公式,然后再推敲终止条件,最后将递推公式和终止条件翻译成代码。

        递归分为两个过程,去的过程叫“”,回来的过程叫“”。

        计算机擅长做重复的事情,所以递归正和它的胃口。

    3递归代码要警惕堆栈溢出

        之前学习“栈”的时候,我们知道函数调用会使用栈来保存临时变量,每调用一个函数,都会将临时变量封装为栈帧压入内存栈,等函数执行完成返回时,才出栈。系统栈或者虚拟机栈空间一般都不大,而如果递归求解的数据规模很大、调用层次很深的话,一直压入栈就会有堆栈溢出的风险。

        如何避免出现堆栈溢出呢?

        可以通过在代码中限制递归调用的最大深度的方式来解决这个问题。递归调用超过一定深度(比如1000)之后,我们就不继续往下再递归了,直接返回报错。

        一个伪代码的例子:

        但这种做法并不能完全解决问题,因为最大允许的递归深度跟当前线程剩余的栈空间大小有关,事先无法计算。如果实时计算,代码过于复杂,会影响代码的可读性。所以如果最大深度比较小,就可以用这种方法,否则这种方法并不是很实用。

    4递归代码要警惕重复计算

        使用递归的时候还会出现重复计算的问题,比如我们刚才讲的例子:

        可以看到,同一个f(k)我们会计算好几次。为了避免重复计算,我们可以通过一个数据结构(比如散列表)来保存已经求解过的f(k)。每次递归调用到f(k)的时候,先看下是否已经求解过了,如果是,则直接从散列表中取值返回。

        OK,优化后的代码如下:

    5怎么将递归代码改写为非递归代码?

        递归有利有弊,利是递归代码的表达能力强,写起来非常简洁;弊是空间复杂度高、有堆栈溢出的风险、存在重复计算、过多的函数调用会耗时较多等问题。所以在开发过程中,我们要根据实际情况来选择是否需要通过递归的方式来实现。

        那如何将递归代码改写为非递归代码呢?

        例一:

        递归代码:

        非递归代码:

        例二(上台阶的例子):

        递归代码:

        非递归代码:

        所有的递归代码都可以改为这种迭代循环的非递归写法吗?

        是的。

        因为递归本身就是借助栈来实现的,只不过我们使用的栈是系统或者虚拟机本身提供的,我们没有感知罢了。如果我们自己在内存堆上实现栈,手动模拟入栈、出栈过程,这样任何递归代码都可以改写成看上去不是递归代码的样子。

        但是这种思路实际上是将递归改为了“手动”递归,本质并没有变,而且也并没有解决前面讲到的某些问题,徒增了实现的复杂度。

    内容小结

        递归是一种非常高效、简洁的编码技巧,只要满足“三个条件”的问题就可以通过递归代码来解决。不过递归代码也比较难写、难理解。编写递归代码的正确姿势是写出递推公式,找出终止条件,然后翻译成递归代码。递归代码虽然简洁高效,但是也有很多弊端,比如堆栈溢出、重复计算、函数调用耗时多、空间复杂度高等,所以在编写递归代码的时候,一定要控制好这些副作用。

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