深刻理解递归———通过栈图来理解

函数调用另外一个函数是合法的;函数调用自己也是合法的。调用自己的过程称为递归函数,这个执行过程叫做递归

递归在数据结构中经常会用到,特别是解决树的递归问题时很好用。但是想明白递归是挺烧脑的,一般即使两层、三层递归也会容易给人绕进去。要是我们了解函数在底层的存储机制,利用栈(先进后出)来进行分析,或许就容易多了。

不讲废话,直接捞干的,我们首先回忆下递归的规则,

函数递归调用的重要规则

  1. 程序执行一个函数时,就创建一个新的受保护的独立空间(新函数栈)

  2. 函数的局部变量是独立的,不会相互影响

  3. 递归必须向退出递归的条件逼近,否则就是无限递归,死龟了:)

  4. 当一个函数执行完毕,或者遇到 return,就会返回,遵守谁调用,就将结果返回给谁。

分析递归流程

我们一个例子来快速熟悉递归:

求函数值:

已知 f(1)=3; f(n) = 2*f(n-1)+1;
请使用递归的思想编程,求出f(n)的值.

编写程序

# coding=utf-8
# -*- coding:utf-8 -*-
'''
Author: Solorzhou
Email: t-zhou@foxmail.com

date: 2019/10/26 20:13
desc:
'''

def f(n):
    if n == 1:
        return 3
    else:
        return 2 * f(n - 1) + 1
        print("n=", n)


if __name__ == '__main__':
    f(4)

递归函数的栈图


可以看到,一个函数每次被调用时,都会在内存中创建一个帧,来包含函数的局部变量和参数,对于递归函数,栈上可能同时存在多个函数帧。当每调用一次函数f(n)时,栈顶指针就会往栈顶移动一个位置,直到满足退出递归的条件(n==1).之后再依次返回当前的结果直接,栈顶指针往下移动。

递归,也就是先“递”后“归”。

本题则是:

f(4)=2 * f(3) + 1
f(4)=2 * (2 * f(2) + 1) + 1
f(4)=2 * (2 * (2 * f(1) + 1) + 1) + 1
f(4)=2 * (2 * (2 * 3 + 1) + 1) + 1
f(4)=2 * 15 + 1
f(4)=31

一些例子

    1. 斐波那契数列

请使用递归的方式,求出斐波那契数 1,1,2,3,5,8,13...
给你一个整数 n,求出它的斐波那契数是多少?

    1. 猴子吃桃子问题

有一堆桃子,猴子第一天吃了其中的一半,并再多吃了一个!以后每天猴子都吃其中的一半,然后再
多吃一个。当到第十天时,想再吃时(还没吃),发现只有 1 个桃子了。问题:最初共多少个桃子?

这些递归问题,当我们使用栈图来思考时就容易多了。

坚定信念

跟踪程序执行的流程是阅读程序的一个方法,但是这样很快就会陷入到迷宫境况。之前在一本书中看到作者对于递归给出了一种“坚定信念”的思想。在遇到一个程序时,不去跟踪执行的流程,而是假定函数都是正确工作的,都能够返回正确的结果。

事实上,在使用内置函数时,我们已经在尝试这样坚持信念了。如:当调用math.cos或者math.exp时,我们并不会去检查函数的内部实现。因为我们假定他是正确的,因为些内置函数的程序员肯定都很优秀。

当调用自己写的函数时,假定它也是正确的,不需要检查他的执行流程。看一个关于斐波那契数列的例子:

fibonacci(0) = 0
fibonacci(1) = 1
fibonacci(2) = fibonacci(0) +fibonacci(1)

翻译成python语言,看起来是这样:

def fibonacci(n):
    if n ==0:
        return 0
    elif n ==1:
        return 1
    else:
        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

假定写的程序是正确的,那么很明显第三个数等于前两个数字之和。以上程序运行后肯定也是正确的。

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