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@ -1162,7 +1162,7 @@ status: new
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[class]{}-[func]{tailRecur}
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```
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两种递归的过程对比如图 2-5 所示。
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尾递归的执行过程如图 2-5 所示。对比普通递归和尾递归,求和操作的执行点是不同的。
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- **普通递归**:求和操作是在“归”的过程中执行的,每层返回后都要再执行一次求和操作。
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- **尾递归**:求和操作是在“递”的过程中执行的,“归”的过程只需层层返回。
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@ -1171,7 +1171,9 @@ status: new
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<p align="center"> 图 2-5 尾递归过程 </p>
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请注意,许多编译器或解释器并不支持尾递归优化。例如,Python 默认不支持尾递归优化,因此即使函数是尾递归形式,但仍然可能会遇到栈溢出问题。
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!!! tip
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请注意,许多编译器或解释器并不支持尾递归优化。例如,Python 默认不支持尾递归优化,因此即使函数是尾递归形式,但仍然可能会遇到栈溢出问题。
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### 3. 递归树
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@ -1368,3 +1370,161 @@ status: new
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- 从算法角度看,搜索、排序、回溯、分治、动态规划等许多重要算法策略都直接或间接地应用这种思维方式。
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- 从数据结构角度看,递归天然适合处理链表、树和图的相关问题,因为它们非常适合用分治思想进行分析。
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## 2.2.3 两者对比
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总结以上内容,如表 2-1 所示,迭代和递归在实现、性能和适用性上有所不同。
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<p align="center"> 表 2-1 迭代与递归特点对比 </p>
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<div class="center-table" markdown>
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| | 迭代 | 递归 |
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| -------- | -------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| 实现方式 | 循环结构 | 函数调用自身 |
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| 时间效率 | 效率通常较高,无函数调用开销 | 每次函数调用都会产生开销 |
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| 内存使用 | 通常使用固定大小的内存空间 | 累积函数调用可能使用大量的栈帧空间 |
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| 适用问题 | 适用于简单循环任务,代码直观、可读性好 | 适用于子问题分解,如树、图、分治、回溯等,代码结构简洁、清晰 |
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</div>
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!!! tip
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如果感觉以下内容理解困难,可以在读完“栈”章节后再来复习。
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那么,迭代和递归具有什么内在联系呢?以上述的递归函数为例,求和操作在递归的“归”阶段进行。这意味着最初被调用的函数实际上是最后完成其求和操作的,**这种工作机制与栈的“先入后出”原则是异曲同工的**。
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事实上,“调用栈”和“栈帧空间”这类递归术语已经暗示了递归与栈之间的密切关系。
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1. **递**:当函数被调用时,系统会在“调用栈”上为该函数分配新的栈帧,用于存储函数的局部变量、参数、返回地址等数据。
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2. **归**:当函数完成执行并返回时,对应的栈帧会从“调用栈”上被移除,恢复之前函数的执行环境。
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因此,**我们可以使用一个显式的栈来模拟调用栈的行为**,从而将递归转化为迭代形式:
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=== "Python"
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```python title="recursion.py"
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def for_loop_recur(n: int) -> int:
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"""使用迭代模拟递归"""
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# 使用一个显式的栈来模拟系统调用栈
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stack = []
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res = 0
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# 递:递归调用
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for i in range(n, 0, -1):
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# 通过“入栈操作”模拟“递”
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stack.append(i)
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# 归:返回结果
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while stack:
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# 通过“出栈操作”模拟“归”
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res += stack.pop()
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# res = 1+2+3+...+n
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return res
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```
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=== "C++"
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```cpp title="recursion.cpp"
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/* 使用迭代模拟递归 */
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int forLoopRecur(int n) {
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// 使用一个显式的栈来模拟系统调用栈
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stack<int> stack;
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int res = 0;
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// 递:递归调用
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for (int i = n; i > 0; i--) {
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// 通过“入栈操作”模拟“递”
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|
stack.push(i);
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}
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// 归:返回结果
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while (!stack.empty()) {
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// 通过“出栈操作”模拟“归”
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res += stack.top();
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stack.pop();
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}
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// res = 1+2+3+...+n
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return res;
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|
}
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```
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=== "Java"
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```java title="recursion.java"
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/* 使用迭代模拟递归 */
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int forLoopRecur(int n) {
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|
// 使用一个显式的栈来模拟系统调用栈
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Stack<Integer> stack = new Stack<>();
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|
int res = 0;
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// 递:递归调用
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for (int i = n; i > 0; i--) {
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|
// 通过“入栈操作”模拟“递”
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|
|
|
|
stack.push(i);
|
|
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|
|
}
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|
// 归:返回结果
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|
|
while (!stack.isEmpty()) {
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|
|
|
|
// 通过“出栈操作”模拟“归”
|
|
|
|
|
res += stack.pop();
|
|
|
|
|
}
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// res = 1+2+3+...+n
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|
return res;
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|
}
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|
```
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=== "C#"
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```csharp title="recursion.cs"
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[class]{recursion}-[func]{forLoopRecur}
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```
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=== "Go"
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```go title="recursion.go"
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[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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```
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=== "Swift"
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|
```swift title="recursion.swift"
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|
|
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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|
```
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=== "JS"
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```javascript title="recursion.js"
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[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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```
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=== "TS"
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```typescript title="recursion.ts"
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|
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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|
```
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=== "Dart"
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```dart title="recursion.dart"
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[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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```
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=== "Rust"
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```rust title="recursion.rs"
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[class]{}-[func]{for_loop_recur}
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```
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=== "C"
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```c title="recursion.c"
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[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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```
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=== "Zig"
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```zig title="recursion.zig"
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[class]{}-[func]{forLoopRecur}
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```
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观察以上代码,当递归被转换为迭代后,代码变得更加复杂了。尽管迭代和递归在很多情况下可以互相转换,但也不一定值得这样做,有以下两点原因。
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- 转化后的代码可能更加难以理解,可读性更差。
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- 对于某些复杂问题,模拟系统调用栈的行为可能非常困难。
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总之,**选择迭代还是递归取决于特定问题的性质**。在编程实践中,权衡两者的优劣并根据情境选择合适的方法是至关重要的。
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