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用Go撸数据结构(六):递归

2020-06-21 17:43:11

一、什么是递归?

  1. 递归是一种非常高效、简洁的编码技巧,一种应用非常广泛的算法,比如DFS深度优先搜索、前中后序二叉树遍历等都是使用递归。
  2. 方法或函数调用自身的方式称为递归调用,调用称为递,返回称为归。
  3. 基本上,所有的递归问题都可以用递推公式来表示,比如
    f(n) = f(n-1) + 1;
    f(n) = f(n-1) + f(n-2);
    f(n)=n*f(n-1);

二、为什么使用递归?递归的优缺点?

  1. 优点:代码的表达力很强,写起来简洁。
  2. 缺点:空间复杂度高、有堆栈溢出风险、存在重复计算、过多的函数调用会耗时较多等问题。

三、递归需要满足的三个条件

  1. 问题的解可以分解为几个子问题的解。何为子问题?就是数据规模更小的问题。
  2. 问题与子问题,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

四、如何实现递归?

  1. 递归代码编写
    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。
  2. 递归代码理解
    对于递归代码,若试图想清楚整个递和归的过程,实际上是进入了一个思维误区。
    那该如何理解递归代码呢?如果一个问题A可以分解为若干个子问题B、C、D,你可以假设子问题B、C、D已经解决。而且,你只需要思考问题A与子问题B、C、D两层之间的关系即可,不需要一层层往下思考子问题与子子问题,子子问题与子子子问题之间的关系。屏蔽掉递归细节,这样子理解起来就简单多了。
    因此,理解递归代码,就把它抽象成一个递推公式,不用想一层层的调用关系,不要试图用人脑去分解递归的每个步骤。

五、递归常见问题及解决方案

  1. 警惕堆栈溢出:可以声明一个全局变量来控制递归的深度,从而避免堆栈溢出。
  2. 警惕重复计算:通过某种数据结构来保存已经求解过的值,从而避免重复计算。

六、如何将递归改写为非递归代码

递归有利有弊,利是递归代码的表达力很强,写起来非常简洁;而弊就是空间复杂度高、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用递归的方式来实现。 比如斐波拉契数列的实现

递归实现

func f(int n) int { 
    if n == 1 {
        return 1
    }
    if n == 2 {
        return 2
    }
    return f(n-1) + f(n-2)
}

改版后

func f(int n) int { 
    if n == 1 {
        return 1
    }
    if n == 2 {
        return 2
    }
    ret := 0 
    pre := 2 
    prepre := 1
    for i := 3; i <= n; i { 
        ret = pre + prepre 
        prepre = pre
        pre = ret
    } 
    return ret
}

那是不是所有的递归代码都可以改为这种迭代循环的非递归写法呢?

笼统地讲,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。