数据结构与算法—递归算法(从阶乘、斐波那契到汉诺塔的递归图解)
递归介绍
递归:
就是函数自己调用自己。 子问题须与原始问题为同样的事,或者更为简单;
递归通常可以简单的处理子问题,但是不一定是最好的。
对于递归要分清以下概念:
🌂自己调用自己
🌂递归通常不在意具体操作,只关心初始条件和上下层的变化关系。
🌂递归函数需要有临界停止点,即递归不能无限制的执行下去。通常这个点为必须经过的一个数。
🌂递归通常能被其他方案替代(栈、数组正向求)。
递归求阶乘
🌂求 n!=n*(n-1)*—–1=n!=n(n-1)
所以阶乘的上下级的关系很容易找到。我们假设一个函数jiecheng(n)为求阶乘的函数。
这个阶乘,你可以这样命名:
1 | public class test{ |
运行流程为这样:
递归求斐波那契
按照上述思想,我们假设求斐波那契设成F(n);
首先,斐波那契的公式为:
F[n]=F[n-1]+Fn-2
也就是除了n=1和2特殊以外,其他均是可以使用递推式。
那么递推实现的代码为:
1 | public class test2{ |
其实它的调用流程为:
递归解决汉诺塔
汉诺塔是经典递归问题:
🌂🌂相传在古印度圣庙中,有一种被称为汉诺塔(Hanoi)的游戏。该游戏是在一块铜板装置上,有三根杆(编号A、B、C),在A杆自下而上、由大到小按顺序放置64个金盘(如下图)。游戏的目标:把A杆上的金盘全部移到C杆上,并仍保持原有顺序叠好。操作规则:每次只能移动一个盘子,并且在移动过程中三根杆上都始终保持大盘在下,小盘在上,操作过程中盘子可以置于A、B、C任一杆上。
解题思路:
🌂果A只有一个(A->C)
🌂A有两个(A->B),(A->C),(B->C)
🌂果A有三个(A->C),(A->B),(C->B),(A->C),(B->A),(B->C),(A->C).
🌂更多,那么将会爆炸式增长。
可以发现每增加一步,其中的步骤会多很多。但是不妨这样想:
🌂当有1个要从A->C时,且已知移动方式。使用函数表示move(a->c)。同理其他move操作。
——-省略中间若干步骤不看,用递归思想看问题
分析:n个从a—>c和n-1个a—>c有什么联系?(hannuo(n)—>hannuo(n-1)有啥关系)
假设有n个盘子
🌂hannuo(n-1)之后n-1个盘子从A—>C.
🌂此时剩下底下最大的,只能移动到B,move(A,B)
🌂那么你是否发现什么眉目了,只需原先的huannuo(n-1)相同操作从C—>B即可完成转移到B;那么我们的之前函数应该写成hannuo(n-1,A,C)但是又用到B,所以把B传进来hannuo(n-1,A,B,C)先表示为从n-1个从A(借助B执行若干操作)转到C。
🌂这一系列操作使得将n个盘子从A—>B但是我们要的是A—>C才是需要的hannuo(n,A,B,C);那么我们只需要更改下hannuo(n-1,—-)顺序就好啦!
经过上面分析,那么完整的操作为:
public class hannuota {
static void move(char a,char b)
{
System.out.println("移动最上层的"+ a+ "到"+ b+ "\t");
}
static void hannuota(int n,char a,char b,char c)//主要分析每一大步对于下一步需要走的。
{
if(n==1) {move(a,c);}//从a移到c
else
{
hannuota(n-1,a,c,b);//将n-1个从a借助c移到b
move(a,c); //将第n(最后一个)从a移到c。
hannuota(n-1,b,a,c);//再将n-1个从b借助a移到c
}
}
public static void main(String[] args)
{
hannuota(3,'a','b','c');
}
}
### ```
### 总结
🌂🌂其实递归在某些场景的效率是很低下的。尤其是斐波那契.从图你就可以发现一个简单的操作有多次重复。因为它的递归调用俩个自己.那么它的递归的膨胀率是指数级别的,重复了大量相同计算。当然这种问题也有优化方案的:
从前往后打表计算,采用类似动态规划的思想。从前往后考虑。比如斐波那契F[n]=F[n-1]+F[n-2];那么我用数组储存。从第三项开始F[3]=F[2]+F[1](均已知),再F[4]=F[3]+F[2]-----这样,时间复杂度是O(N),线性的。
当然,对于阶乘那种递归虽然时间是没有减少,但是如果需要多次访问一个阶乘,那么可以采用同样思想(打表)解决问题。