数据结构(四)递归
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递归
- 描述: 一种非常高效、简洁的编程技巧。函数调用自身的方式称为递归调用,调用成为递,返回称为归;
- 正确姿势:找到如何将大问题分解为小问题的规律,并基于此写出递推公式。然后再敲定终止条件,生成递归函数。
优缺点:
- 优点:代码简洁,表达力强
- 缺点: 空间复杂度高,有堆栈溢出风险、存在重复计算、过多函数调用会耗时较多等问题。
递归需要满足的三个条件:
- 一个人问题的解可以分解为几个子问题(数据规模更小的问题)的解;
- 这个问题与分解后的子问题,除了数据规模不同,求解思路完全一样;
- 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,一层层分解下去,这就需要一个终止条件,防止无限分解;
练习题:
假设有 n 个台阶,每次你可以跨一个台阶或者 2 个台阶,请问走这 n 个台阶有多少种走法? 提示: 如果有 7 个台阶,你可以 2,2,2,1 这样子上去,也可以 1,2,1,2,1 这样子上去。
解: 我们可以根据 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
- 第二类是第一步走了 2 个台阶 所以,n 个台阶的走法 = 先走 1 个台阶后,n-1 个台阶的走法 + 先走 2 个台阶后,n-1 个台阶的走法。
得到求解公式: f(n) = f(n-1) + f(n-2)
找到终止条件: 当有一个台阶时,只有一个走法,结束递归,f(1) = 1;当有两个台阶时,有两个走法,结束递归,f(2)= 2;
通过求解公式和终止条件,可以得到一个递归函数求出所有走法的总数
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技巧
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,在此基础上思考如何解决问题 A。屏蔽掉递归细节,把它抽象成一个递推公式,不要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。
递归的问题:
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要警惕堆栈溢出:函数调用会使用栈来保存临时变量每调用一个函数,都会将临时变量封装为栈帧压入内存栈,等函数执行完成返回时,才出栈,系统栈和虚拟机栈空间一般都不大,如果递归求解的数据规模很大,调用层次很深,一直压入栈,就会有堆栈溢出的风险。
解决:尽可能的限制递归深度和运算的复杂度
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要警惕重复计算:如果把上题的递归过程拆解,如下图:
我们可以直观的看到,想要计算 f(5),需要先计算 f(4)和 f(3),而计算 f(4)同样需要计算 f(3),因此,f(3)就被计算了很多次,这就是重复计算问题。解决:可以将求解过的 f(k)保存起来,当递归调用到 f(k)时先看下是否已经求解过了,是则直接取值返回。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11const returnList = {}; const func = (num) => { if (n === 1) return 1; if (n === 2) return 2; if (returnList[n]) { return rerutnList[n] } const val = f(n-1) + f(n-2) returnList[n] = val; return val; } -
要警惕无限递归问题: 解决: 一定要保证终止条件是有效且合理的,
我们可以直观的看到,想要计算 f(5),需要先计算 f(4)和 f(3),而计算 f(4)同样需要计算 f(3),因此,f(3)就被计算了很多次,这就是重复计算问题。