递归函数(2)

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1. 用递归求解最大公倍数

基于欧几里得算法,利用 "两个数的最大公约数等于较小数与两数余数的最大公约数" 的性质

def gcd(a: Int, b: Int): Int = {
  // 终止条件:余数为0时,另一个数即为结果
  if (b == 0) a else gcd(b, a % b)
}

// 测试
println(gcd(24, 18))  // 输出:6

起始条件:一个递归的终止条件,确保递归不会无限进行。它处理最简单的情况并返回结果.

递归规则:在这个部分,函数会调用自身,以解决一个更小的子问题。

基本结构:

def gcd(a: Int, b: Int): Int = {  
   if (b == 0) a else gcd(b, a % b)  
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val num1 = 56

    val num2 = 98

    println(s"The GCD of $num1 and $num2 is ${gcd(num1, num2)}")

2. 用递归求解a的n次方

处理正整数次方、0 次方和负整数次方的情况

def power(a: Double, n: Int): Double = n match {
  case 0 => 1.0  // 任何数的0次方为1
  case _ if n > 0 => a * power(a, n - 1)  // 正数次方:a^n = a * a^(n-1)
  case _ => 1 / power(a, -n)  // 负数次方:a^(-n) = 1/(a^n)
}

// 测试
println(power(2, 3))    // 输出:8.0
println(power(3, -2))   // 输出:0.1111111111111111

(二)案例二:a的n次方

a的n次方就是n个a相乘。

起始条件:f(a,0) = 1 , f(a,1) = 2

递归规则:f(a,n) = a * f(a, n-1)(当 n ≥ 1)。求它的第n项。

参考代码

def f(a:Int, n: Int): Int = {  

  

}

3. 用递归拆分数字的各位数字

从末尾开始依次提取每位数字,最终返回按原顺序排列的各位数字列表

def splitDigits(num: Int): List[Int] = {
  // 终止条件:数字为0时返回空列表(处理非0数字的终止)
  if (num == 0) Nil
  else {
    // 递归提取:先处理高位数字,再添加当前末尾数字
    splitDigits(num / 10) :+ (num % 10)
  }
}

// 测试(注意:0的处理会返回空列表,可根据需求调整)
println(splitDigits(12345))  // 输出:List(1, 2, 3, 4, 5)
println(splitDigits(987))    // 输出:List(9, 8, 7)

(三)案例三:打印数字的各个位数

任务描述:对于整数1234,依次输出1,2,3,4这4个数字。

起始条件:f(n) = 输出个位 ,  n<9

递归规则:f(n) = f(n/10)+ 输出个位(当 n ≥ 10)

def f(n: Int) = {  
  if(n < 9){  
    print(n%10)  
  } else {  
    f(n/10)  
    print(n%10)  
  }  
}

4. 用递归求解汉诺塔问题

核心逻辑:将 n-1 个盘子从源柱移到辅助柱,再将第 n 个盘子从源柱移到目标柱,最后将 n-1 个盘子从辅助柱移到目标柱

(四)案例四:汉诺塔游戏

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【讲解游戏说明】有三根柱子,标记为A、B、C,A柱子上有n个大小不同的盘子,盘子从下到上按照大小递增排列。现在需要将A柱子上的所有盘子移动到C柱子上,移动过程中可以借助B柱子,但是每次只能移动一个盘子,并且大盘子不能放在小盘子上面。

目标状态  移动过程中的违规状态(大盘子在小盘子上面):

套一下递归函数的规则:

起始条件:f(1) = 从A直接移动到C 

递归规则:f(n) = 把n-1从A移动到B, 把1从A移动到C, 把n-1从B 移动到C

f(n,a,b,c): 把n个盘子从a移动到c,借助b。

[编码示范]

def hanoi(n: Int, source: String, target: String, auxiliary: String): Unit = {
  if (n == 1) {
    // 终止条件:只有1个盘子时,直接从源柱移到目标柱
    println(s"将盘子1从$source移到$target")
  } else {
    // 步骤1:将n-1个盘子从源柱移到辅助柱(目标柱作为临时辅助)
    hanoi(n - 1, source, auxiliary, target)
    // 步骤2:将第n个盘子从源柱移到目标柱
    println(s"将盘子$n$source移到$target")
    // 步骤3:将n-1个盘子从辅助柱移到目标柱(源柱作为临时辅助)
    hanoi(n - 1, auxiliary, target, source)
  }
}

// 测试:3个盘子的汉诺塔(A为源柱,C为目标柱,B为辅助柱)
println("3个盘子的汉诺塔移动步骤:")
hanoi(3, "A", "C", "B")

3 个盘子的汉诺塔输出结果:

3个盘子的汉诺塔移动步骤:
将盘子1A移到C
将盘子2A移到B
将盘子1从C移到B
将盘子3A移到C
将盘子1B移到A
将盘子2B移到C
将盘子1A移到C