(重学算法系列)---递归和动态规划

185 阅读4分钟

递归

去的过程叫 “ 递 ” ,回来的过程叫 “ 归 ” 。基本上,所有的递归问题都可以用递推公式来表示。

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 何为子问题?
    • 子问题就是数据规模更小的问题。比如,前面讲的电影院的例子,你要知道, “ 自己在哪一排 ” 的问题,可以分解为 “ 前一排的人在哪一排 ” 这样一个子 问题。
  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 比如电影院那个例子,你求解 “ 自己在哪一排 ” 的思路,和前面一排人求解 “ 自己在哪一排 ” 的思路,是一模一样的。
  3. 存在递归终止条件 把问题分解为子问题,把子问题再分解为子子问题,一层一层分解下去,不能存在无限循环,这就需要有终止条件。 还是电影院的例子,第一排的人不需要再继续询问任何人,就知道自己在哪一排,也就是 f(1)=1 ,这就是递归的终止条件。

如何编写递归代码?

  • 最关键的是写出递推公式
  • 找到终止条

例子

假如这里有 n 个台阶,每次你可以跨 1 个台阶或者 2 个台阶,请问走这 n 个台阶有多少种走法?如果有 7 个台阶,你可以 2 , 2 , 2 , 1 这样子上去,也可
以 1 , 2 , 1 , 1 , 2 这样子上去,总之走法有很多,那如何用编程求得总共有多少种走法呢?

我们仔细想下,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,另一类是第一步走了 2 个台阶。所以 n 个台阶的走法就等于先 走 1 阶后, n-1 个台阶的走法 加上先走 2 阶后, n-2 个台阶的走法。用公式表示就是:

f(n) = f(n-1)+f(n-2)

我们再来看下终止条件。

当有一个台阶时,我们不需要再继续递归,就只有一种走法。所以 f(1)=1 。这个递归终止 条件足够吗?

我们可以用n=2 , n=3这样比较小的数试验一下。 n=2时,f(2)=f(1)+f(0)。如果递归终止条件只有一个 f(1)=1,那f(2)就无法求解了。所以除了f(1)=1这一个递归终止条件外,还要有f(0)=1,表示走 0 个台阶有一种走 法,不过这样子看起来就不符合正常的逻辑思维了。所以,我们可以把f(2)=2 作为一种终止条件,表示走 2 个台阶,有两种走法,一步走完或者分两步来走。 所以,递归终止条件就是f(1)=1 , f(2)=2。这个时候,你可以再拿 n=3 , n=4 来验证一下,这个终止条件是否足够并且正确。 我们把递归终止条件和刚刚得到的递推公式放到一起就是这样的:

f(1) = 1;
f(2) = 2;
f(n) = f(n-1)+f(n-2)

有了这个公式,我们转化成递归代码就简单多了。最终的递归代码是这样的:

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

改进版(避免重复计算):

public int f(int n) {
    if (n == 1) return 1;
    if (n == 2) return 2;
    // hasSolvedList可以理解成一个Map,key是n,value是f(n)
    if (hasSolvedList.containsKey(n)) {
        return hasSovledList.get(n);
    }
    int ret = f(n-1) + f(n-2);
    hasSovledList.put(n, ret);
    return ret;
}

递归小结

  1. 不要试图用人脑去分解递归的每个步骤
  2. 屏蔽掉递归细节
  3. 递归代码要警惕堆栈溢出
  4. 警惕重复计算

将递归代码改写为非递归代码

递归本身就是借助栈来实现的,所有的递归代码都可以改为这种迭代循环的非递归写法。

无限递归处理

  • 限制递归深度来解决
  • 自动检测 A-B-C-A 这种 “ 环 ” 的存在