递归学成之路

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递归的三大要素

第一要素:明确你这个函数想要干什么

对于递归,我觉得很重要的一个事就是,这个函数的功能是什么,他要完成 什么样的一件事,而这个,是完全由你自己来定义的。也就是说,我们先不 管函数里面的代码什么,而是要先明白,你这个函数是要用来干什么。

例如,我定义了一个函数

// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
int f(int n){
    
}

这个函数的功能是算 n 的阶乘。

我们已经定义了一个函数,并且定义了它的功能是什么,接下来我们看第二要素。

第二要素:寻找递归结束条件

所谓递归,就是会在函数内部代码中,调用这个函数本身,所以,我们必须要找出递归的结束条件,不然的话,会一直调用自己,进入无底洞。

也就是说,我们需要找出当参数为啥时,递归结束,之后直接把结果返回,请注意,这个时候我们必须能根据这个参数的值,能够直接知道函数的结果是什么。

例如,上面那个例子,当 n = 1 时,我们直接知道 f(n)=1。 完善我们函数内部的代码,把第二要素加进代码里面,如下

// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
int f(int n){
    if(n == 1){
        return 1;
    }
}

有人可能会说,当 n = 2 时,那我们可以直接知道 f(n) 等于多少啊,那我可以把 n = 2 作为递归的结束条件吗?

当然可以,只要你觉得参数是什么时,你能够直接知道函数的结果,那么你就可以把这个参数作为结束的条件,所以下面这段代码也是可以的。

// 算 n 的阶乘(假设n>=2)
int f(int n){
    if(n == 2){
        return 2;
    }
}

注意我代码里面写的注释,假设 n >= 2,因为如果 n = 1时,会被漏掉,当 n <= 2时,f(n) = n,所以为了更加严谨,我们可以写成这样:

// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
int f(int n){
    if(n <= 2){
        return n;
    }
}

第三要素:找出函数的等价关系式

就是要找到原函数的一个等价关系式,f(n) 的等价关系式为 n * f(n-1),即

f(n) = n * f(n-1)。

继续完善我们的代码,我们把这个等价式写进函数里。如下:

// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
int f(int n){
    if(n <= 2){
        return n;
    }
    // 把 f(n) 的等价操作写进去
    return f(n-1) * n;
}

每次做递归的时候,你就强迫自己试着去寻找这三个要素。

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案例1:斐波那契数列

斐波那契数列的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、34....,即第一项 f(1) = 1,第二项 f(2) = 1.....,第 n 项目为 f(n) = f(n-1) + f(n-2)。求第 n 项的值是多少。 1、第一递归函数功能 假设 f(n) 的功能是求第 n 项的值,代码如下:

function fun(n) {
  if (n <= 2) return 1
  return fun(n-1)+fun(n-2)
}

2、找出递归结束的条件 当 n = 1 或者 n = 2 ,我们可以轻易着知道结果 f(1) =1, f(2) = 1。所以递归结束条件可以为 n <= 2。代码如下:

int f(int n){
    if(n <= 2){
        return 1;
    }
}

3.找出函数的等价关系式

   int f(int n){
        // 1.先写递归结束条件
        if(n <= 2){
            return n;
        }
        // 2.接着写等价关系式
        return f(n-1) + f(n - 2);
    }

案例2:小青蛙跳台阶

一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。 1、第一递归函数功能 假设 f(n) 的功能是求青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法,代码如下:

int f(int n){
    
}

2、找出递归结束的条件 求递归结束的条件,你直接把 n 压缩到很小很小就行了,因为 n 越小,我们就越容易直观着算出 f(n) 的多少,所以当 n = 1时,你知道 f(1) 为多少吧?够直观吧?即 f(1) = 1。代码如下:

int f(int n){
    if(n == 1){
        return 1;
    }
}

3.找出函数的等价关系式

每次跳的时候,小青蛙可以跳一个台阶,也可以跳两个台阶,也就是说,每次跳的时候,小青蛙有两种跳法。

第一种跳法:第一次我跳了一个台阶,那么还剩下n-1个台阶还没跳,剩下的n-1个台阶的跳法有f(n-1)种。

第二种跳法:第一次跳了两个台阶,那么还剩下n-2个台阶还没,剩下的n-2个台阶的跳法有f(n-2)种。 所以,小青蛙的全部跳法就是这两种跳法之和了,即 f(n) = f(n-1) + f(n-2)。至此,等价关系式就求出来了。于是写出代码:

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

大家觉得上面的代码对不对? 答是不大对,当 n = 2 时,显然会有 f(2) = f(1) + f(0)。我们知道,f(0) = 0,按道理是递归结束,不用继续往下调用的,但我们上面的代码逻辑中,会继续调用 f(0) = f(-1) + f(-2)。这会导致无限调用,进入死循环。

这也是我要和你们说的,关于递归结束条件是否够严谨问题,有很多人在使用递归的时候,由于结束条件不够严谨,导致出现死循环。也就是说,当我们在第二步找出了一个递归结束条件的时候,可以把结束条件写进代码,然后进行第三步,但是请注意,当我们第三步找出等价函数之后,还得再返回去第二步,根据第三步函数的调用关系,会不会出现一些漏掉的结束条件。就像上面,f(n-2)这个函数的调用,有可能出现 f(0) 的情况,导致死循环,所以我们把它补上。代码如下:

 function jumpfloor(n) {
      if (n < 1) {
        return 0;
      }
      if (n <= 2) {
        return n;
      }
      return jumpfloor(n - 1) + jumpfloor(n - 2)
    }

如果对他的这个关系还不太明白,可以手写出来,一看就一眼了然了

案例3:反转单链表。

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案例4:

找a标签的父级中名为className为 WRAPCOM 用递归写

 //获取父级的class 为WRAPCOM 的dom
    byClass(className,currentEl){
      let pEl=currentEl.parentNode;
      if(pEl&&pEl.className.includess(className)) return pEl;
      return  this.byClass(className,pEl)
    }
byClass('WRAPCOM',this.$refs.reflookcode)

//获取id为111的children 
byId(){
    
}

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有关递归的一些优化思路

  1. 考虑是否重复计算 告诉你吧,如果你使用递归的时候不进行优化,是有非常非常非常多的子问题被重复计算的。 啥是子问题? f(n-1),f(n-2)....就是 f(n) 的子问题了。

例如对于案例2那道题,f(n) = f(n-1) + f(n-2)。递归调用的状态图如下:

看到没有,递归计算的时候,重复计算了两次 f(5),五次 f(4)。。。。这是非常恐怖的,n 越大,重复计算的就越多,所以我们必须进行优化。

如何优化?一般我们可以把我们计算的结果保证起来,例如把 f(4) 的计算结果保存起来,当再次要计算 f(4) 的时候,我们先判断一下,之前是否计算过,如果计算过,直接把 f(4) 的结果取出来就可以了,没有计算过的话,再递归计算。

用什么保存呢?可以用数组或者 HashMap 保存,我们用数组来保存把,把 n 作为我们的数组下标,f(n) 作为值,例如 arr[n] = f(n)。f(n) 还没有计算过的时候,我们让 arr[n] 等于一个特殊值,例如 arr[n] = -1。

当我们要判断的时候,如果 arr[n] = -1,则证明 f(n) 没有计算过,否则, f(n) 就已经计算过了,且 f(n) = arr[n]。直接把值取出来就行了。代码如下:

// 我们实现假定 arr 数组已经初始化好的了。
int f(int n){
    if(n <= 1){
        return n;
    }
    //先判断有没计算过
    if(arr[n] != -1){
        //计算过,直接返回
        return arr[n];
    }else{
        // 没有计算过,递归计算,并且把结果保存到 arr数组里
        arr[n] = f(n-1) + f(n-1);
        reutrn arr[n];
    }
}

也就是说,使用递归的时候,必要 须要考虑有没有重复计算,如果重复计算了,一定要把计算过的状态保存起来。

  1. 考虑是否可以自底向上 对于递归的问题,我们一般都是从上往下递归的,直到递归到最底,再一层一层着把值返回。

不过,有时候当 n 比较大的时候,例如当 n = 10000 时,那么必须要往下递归10000层直到 n <=1 才将结果慢慢返回,如果n太大的话,可能栈空间会不够用。

对于这种情况,其实我们是可以考虑自底向上的做法的。例如我知道

f(1) = 1;

f(2) = 2;

那么我们就可以推出 f(3) = f(2) + f(1) = 3。从而可以推出f(4),f(5)等直到f(n)。因此,我们可以考虑使用自底向上的方法来取代递归,代码如下:

public int f(int n) {
       if(n <= 2)
           return n;
       int f1 = 1;
       int f2 = 2;
       int sum = 0;

       for (int i = 3; i <= n; i++) {
           sum = f1 + f2;
           f1 = f2;
           f2 = sum;
       }
       return sum;
   }

这种方法,其实也被称之为递推。

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最后总结 其实,递归不一定总是从上往下,也是有很多是从下往上的,例如 n = 1 开始,一直递归到 n = 1000,例如一些排序组合。对于这种从下往上的,也是有对应的优化技巧 juejin.cn/post/684490…