大家好,我是考100分的小小码 ,祝大家学习进步,加薪顺利呀。今天说一说算法小专栏:递归与尾递归[通俗易懂],希望您对编程的造诣更进一步.
本篇将介绍递归与尾递归的相关内容。
一、什么是“递归”?
递归是一种优雅的解决问题的方法。
看一段最简单的递归例子:
Fibonacci
数(斐波那契数):我们都知道Fibonacci
数的递推公式为:
- F(0)=F(1)=1,
- 当n>=2时,F(n)=F(n-1)+F(n-2)
用Python写,就是这样:
def Fibonacci(n):
if(n>=2):
return Fibonacci(n - 1) + Fibonacci(n - 2)
elif (n==0 or n==1):
return 1
else:
return -1
print Fibonacci(20)
递归,简单来说,就是在运行的过程中调用自己。
递归能帮我们处理一些复杂的算法问题,但绝不能滥用递归。 在程序设计角度,循环的性能要好于递归。 从开发角度,使用递归,逻辑上更容易被理解。 所以,要分场合使用递归,用好递归。
二、基线条件和递归条件
一个递归的实现一定少不了基线条件和递归条件。
那么,什么是“基线条件”?什么又是“递归条件”呢?
名称 | 描述 |
---|---|
递归条件 | 函数调用自己的条件。 |
基线条件 | 函数不再调用自己的条件,从而避免形成无限循环。 |
拿上面Fibonacci
的例子来说,
def Fibonacci(n):
if(n>=2):
return Fibonacci(n - 1) + Fibonacci(n - 2)
elif (n==0 or n==1):
return 1
else:
return -1
- 递归条件:就是
if(n>=2)
。 - 基线条件:就是
elif (n==0 or n==1)
。
PS:在python中,
else if
的语法是elif
。
三、栈
本节涉及到了内存方面的知识——调用栈(call stack
)。
栈是一种简单的数据结构,当我们调用方法时,系统会执行“压栈”操作;当我们调用完方法时,系统会执行“出栈”操作。
简单来说,
- 函数调用 就意味着 => 申请栈帧,函数入栈。
- 函数返回 就意味着 => 推出栈帧,函数出栈。
PS:不过还有一种特殊的情况:叫做尾调用优化(其本质是复用栈帧,即函数调用时,不再申请新栈帧,而是复用旧的栈帧。),在下文
3.3
节会重点讲解。
3.1 调用栈
我们来看这样一段代码:
def func1(param1):
func2(param1)
func3(param1)
def func2(param2):
print param2
def func3(param3):
print param3
func1(647)
解析:定义了三个函数,分别是func1
、func2
、func3
。其中传入的参数名为param1
、param2
、param3
。
而在内存中,会做如下操作:
3.2 递归调用栈
递归函数也会使用调用栈,我们称之为“递归调用栈”。
下面,请看这个例子:
def factorial(x):
if x == 1:
return 1
else:
return x * factorial(x-1)
print factorial(3)
解析:这是一个求阶乘的递归函数。传入参数x,得出x*x-1…*1的值(x>=1)。 而每一次递归,都会申请一个栈帧,这种栈帧就叫做递归调用栈。
图解如下:
3.3 尾递归
尾递归是一种高级递归方式,它可以不断的复用旧栈帧,已达到最大的内存优化。
注意:不是所有语言都支持尾递归优化(尾调用优化)。
JavaScript、Objective-C、Java、C++等支持尾递归优化,而Python本身是不支持尾递归优化的。
(关于iOS中OC的尾调用优化可以看这篇:iOS objc_msgSend尾调用优化机制详解)
Q1:什么是尾递归?什么又是尾调用?
尾递归:在函数最后一步,仅仅返回调用了自身。(注意仅仅两字) 尾调用:在函数最后一步,仅仅返回了一个函数。(注意仅仅两字) 所以,尾递归实际上是属于尾调用的一种特殊情形。
Q2:举个尾递归的例子?
int fun(int x) {
if (x > 0)
return fun(x-1);
else
return 1;
}
在函数的最后一步,仅仅return了本身的函数。符合尾递归。
Q3:尾递归究竟做了什么优化?
两张对比图一目了然:
- 非尾调用:
- 是尾调用:
Q4:尾递归的本质是什么?
答:栈帧的重复利用。
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