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10 函数的应用:函数递归

时间:2024-05-28 12:29:58浏览次数:27  
标签:10 return 函数 递归 int 阶乘 台阶 迭代

目录

一、什么是递归

(一)概念

(二)递归的思想

二、递归的条件

三、递归的举例

(一)分析与代码的实现

四、递归与迭代

(一)递归的缺陷

(二)迭代

(三)举例体现递归与迭代的区别

五、有意思的点

(一)递推的写法

(二)拓展学习

1、青蛙跳台问题

2、汉诺塔问题(儿童益智游戏)


一、什么是递归

(一)概念

        递归是一种解决问题的方法,在C语言中,递归就是函数自己调用自己

        一个简单的演示如下:

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hehe\n");
    main();//main函数中⼜调⽤了main函数

    return 0;
}

        只作为简单的演示,不是为了解决问题,且代码最终也会陷入死递归,导致栈溢出(Stack overflow)

        原因:每一次函数调用,都要为这次函数调用分配内存空间,是从内存的栈区上分配的,如果无限的递归调用函数,就会将栈区空间填满(使用完),这时就出现了栈溢出的现象
 

(二)递归的思想

        通过函数自己调用自己可以发现,递归可以把一个大型复杂问题层层转化为一个与原问题相似,但规模较小的子问题来求解,直到子问题不能再被拆分,递归就结束了;

        递归是少量的代码完成了大量复杂的运算;

        递归的思想就是把大事化小的过程;

        递归中的""是递推的意思,""就是回归的意思;

        理解如下:

二、递归的条件

        递归得有限制条件,不然很容易造成死递归等错误

        在书写递归代码时,有2个必要条件:

        ① 递归存在限制条件,当满足这个限制条件时,递归便不再继续

        ② 每次递归调用之后越来越接近这个限制条件

三、递归的举例

举例:求 n 的阶乘

一个正整数的阶乘(factorial)是所有小于及等于该数的正整数的积,并且0的阶乘为1;

自然数 n 的阶乘写作 n!

题目:计算 n 的阶乘(不考虑溢出),n 的阶乘就是 1 ~ n 的数字累积相乘

(一)分析与代码的实现

        我们知道 n 的阶乘的公式:n! = n * (n - 1) !

举例:
5! = 5*4*3*2*1
4! = 4*3*2*1
所以:5! = 5*4!

        这样就把一个较大的问题,转化成一个与原问题相似,但规模较小的问题来求解;    

        当 n == 0 的时候,n 的阶乘为 1 ,其余的 n 的阶乘都是可以通过公式计算的,公式如下:

        实现代码如下:

int Fact(int n)
{
    if(n==0)
        return 1;
    else
        return n*Fact(n-1);
}

        测试:

#include <stdio.h>

int Fact(int n)
{
    if(n==0)
        return 1;
    else
        return n*Fact(n-1);
}

int main()
{
    int n = 0;
    printf("输入一个数求它的阶乘:");
    scanf("%d", &n);
    int ret = Fact(n);
    printf("\n阶乘为:%d\n", ret);

    return 0;
}

        结果为:

        画图演示:

四、递归与迭代

(一)递归的缺陷

        递归是一种很好的编程技巧,但是和很多技巧一样,也是可能被误用的,就像上面的举例一样,看到推导的公式,很容易就被写成递归的形式;

        虽然用递归思想来书写代码确实可以产生正确的结果,但是在递归函数调用的过程中涉及一些运行时的开销:

        在C语言中每一次函数调用,都需要为本次函数调用在内存的栈区,申请一块内存空间来保存函数调用期间的各种局部变量的值,这块空间被称为运行时堆栈,或者函数栈帧

        函数不返回,函数对应的栈帧空间就一直占用,所以如果函数调用中存在递归调用的话,每一次递归函数调用都会开辟属于自己的栈帧空间,直到函数递归不再继续,开始回归,才逐层释放栈帧空间;

        所以如果采用函数递归的方式完成代码,递归层次太深,就会浪费太多的栈帧空间,也可能引起栈溢出(Stack overflow)的问题

(二)迭代

        所以如果不想使用递归,就得想其他的办法,通常就是迭代的方式(通常就是循环的方式),如下演示:

        注:迭代是大类,循环是迭代,但迭代不一定是循环

int Fact(int n)
{
    int ret = 1;
    for(int i=1; i<=n; i++)
    {
        ret *= i;
    }

    return ret;
}

        事实上,我们看到的许多问题是以递归的形式进行解释的,这只是因为它比非递归的形式更加清晰,但是这些问题的迭代实现往往比递归实现效率更高;

        当一个问题非常复杂,难以使用迭代的方式实现时,此时递归实现的简洁性便可以补偿它所带来的运行时的开销

(三)举例体现递归与迭代的区别

例子:求第n个斐波那契数

一个斐波那契数等于前两个数之和,如:

1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 ......

        公式如下:

        看到公式,很容易写成递归的形式,如下:

int Fib(int n)
{
    if(n<=2)
        return 1;
    else
        return Fib(n-1) + Fib(n-2);
}
#include <stdio.h>
int main()
{
    int n = 0;
    printf("输入一个数,计算对应的斐波那契数:");
    scanf("%d", &n);
    int ret = Fib(n);
    printf("\n第%d个斐波那契数为:%d\n", n, ret); 

    return 0;
}

        当我们输入 50 的时候,需要花很长的时间才能计算出结果,这是因为递归的层次太深了,冗余的计算会很多:

        画图分析可看出递归深度高达50次,且每次计算都是指数型增长,这些计算是非常冗余的,所以得用迭代的方式解决;

        迭代:我们知道斐波那契数的前2个数都1,然后前2个数相加就是第3个数,那么我们从前往后,从小到大计算就行了,代码如下:

int Fib(int n)
{
    int a = 1;
    int b = 1;
    int c = 1;
    while(n>2)
    {
        c = a+b;
        a = b;
        b = c;
        n--;
    }

    return c;
}

        使用迭代的方式来书写代码,效率就高出很多

五、有意思的点

(一)递推的写法

        三要素:

        ① 变成最简单问题的限制条件

        ② 变得更简单的语句(调用自己)

        ③ 最简单的一步的语句

        递推的书写过程中,三要素都齐全但没有及时回归,还是会造成栈溢出(Stack overflow)

(二)拓展学习

1、青蛙跳台问题

        青蛙可以跳一个台阶or两个台阶,n个台阶有几种跳法的理解:
        1个跳台:1种
        2个跳台:2种——跳2次1阶为一种,跳1次2阶为一种
        n个台阶:(n-1)个台阶跳上n个台阶时是一种跳法,(n-2)个台阶跳上n个台阶时是另一种跳法,所以n个台阶的跳法 = (n-1)个台阶跳法 + (n-2)个台阶跳法 :
        fib(n) = fib(n-1) + fib(n-2)——斐波那契数列

2、汉诺塔问题(儿童益智游戏)

        描述:借助于B,将A上的盘子,挪到C上,挪的过程中,盘子一定是上小下大

        思路:

        n-1个盘子到b,最大的n移到c;
        n-2个盘子到a,第二大的n-1移到c;
        如此反复......
        简单来说:除了最下面的盘子,其他的-1个盘子动来动去,而最下面的盘子到C


        

        以上博客仅供分析,若有错误,请多多指正,共同进步

标签:10,return,函数,递归,int,阶乘,台阶,迭代
From: https://blog.csdn.net/m0_66277256/article/details/139249982

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