递归(recursion):递归常被用来描述以自相似方法重复事物的过程,在数学和计算机科学中,指的是在函数定义中使用函数自身的方法。(A调用A)
迭代(iteration):重复反馈过程的活动,每一次迭代的结果会作为下一次迭代的初始值。(A重复调用B)
递归是一个树结构,从字面可以其理解为重复“递推”和“回归”的过程,当“递推”到达底部时就会开始“回归”,其过程相当于树的深度优先遍历。
迭代是一个环结构,从初始状态开始,每次迭代都遍历这个环,并更新状态,多次迭代直到到达结束状态。
理论上递归和迭代时间复杂度方面是一样的,但实际应用中(函数调用和函数调用堆栈的开销)递归比迭代效率要低。
递归转迭代
理论上递归和迭代可以相互转换,但实际从算法结构来说,递归声明的结构并不总能转换为迭代结构(原因有待研究)。迭代可以转换为递归,但递归不一定能转换为迭代。
将递归算法转换为非递归算法有两种方法,一种是直接求值(迭代),不需要回溯;另一种是不能直接求值,需要回溯。前者使用一些变量保存中间结果,称为直接转换法,后者使用栈保存中间结果,称为间接转换法。
直接转换法
直接转换法通常用来消除尾递归(tail recursion)和单向递归,将递归结构用迭代结构来替代。(单向递归 → 尾递归 → 迭代)
间接转换法
递归实际上利用了系统堆栈实现自身调用,我们通过使用栈保存中间结果模拟递归过程,将其转为非递归形式。
尾递归函数递归调用返回时正好是函数的结尾,因此递归调用时就不需要保留当前栈帧,可以直接将当前栈帧覆盖掉。
斐波那契数列
递归形式
斐波那契数列递归式:F(n)=F(n−1)+F(n−2)(n>=2)F(n)=F(n−1)+F(n−2)(n>=2)
伪代码(递归算法):
FOB_RECURSION(n)
ifn ==1or n ==2
return1
elsereturnFOB_RECURSION(n -1) + FOB_RECURSION(n -2) // 调用自身
非递归形式
直接转换:
斐波那契数列迭代式:xn=f(xa,xb)(a=n−1,b=n−2,n>=2)xn=f(xa,xb)(a=n−1,b=n−2,n>=2)
伪代码(迭代算法):
FOB_ITERATION(n)
ifn ==1or n ==2
return1;
else
fn1 =1// 初始状态
fn2 =1// 初始状态
fn =0
fori =2to n // 迭代
fn = fn1 + fn2
fn1 = fn2
fn2 = fn
returnfn
间接转换框架:
FUNCTION()
stack.push(s0) // s0:初始状态
while!stack.empty()
s = stack.pop()
ifisSolution(s)
return
elsestack.push(s1) // s1:相关状态