递归与回溯

浅出

为了描述问题的某一状态,必须用到该状态的上一状态,而描述上一状态,又必须用到上一状态的上一状态……这种用自已来定义自己的方法,称为递归定义。形式如 f(n) = n * f(n - 1), if n = 0, f(n) = 1.

从问题的某一种可能出发,搜索从这种情况出发所能达到的所有可能,当这一条路走到“尽头”的时候,再倒回出发点,从另一个可能出发,继续搜索。这种不断“反悔”寻找解的方法,称作“回溯法”。

深入

递归法好比是一个军队要通过一个迷宫,到了第一个分岔口,有 3 条路,将军命令 3 个小队分别去探哪条路能到出口,3 个小队沿着 3 条路分别前进,各自到达了路上的下一个分岔口,于是小队长再分派人手各自去探路——只要人手足够(对照而言,就是计算机的堆栈足够),最后必将有人找到出口,从这人开始只要层层上报直属领导,最后,将军将得到一条通路。所不同的是,计算机的递归法是把这个并行过程串行化了。

而回溯法则是一个人走迷宫的思维模拟,其实是一种试探,走错了倒回来,继续走。该方法放弃关于问题规模大小的限制,并将问题的方案按某种顺序逐一枚举和试验。发现当前方案不可能有解时,就选择下一个方案,倘若当前方案不满足问题的要求时,继续扩大当前方案的规模,并继续试探。如果当前方案满足所有要求时,该方案就是问题的一个解。放弃当前方案,寻找下一方案的过程称为回溯。

递归算法依赖与前一步的结果,它的结果来源于一条主线,是确定的,而不是试探的结果,这就是其与回溯的区别,而在很多情况下,回溯与递归算法是在一起使用的。

栗子

递归会出现在子程序中自己调用自己或间接地自己调用自己。最直接的递归应用就是计算连续数的阶乘,计算规律:n! = (n - 1)! * n。观察阶乘计算的规律,前一个数结成的结果可以直接被应用到后一个数结成的计算中。

回溯是一种算法思想,可以用递归实现。通俗点讲回溯就是一种试探,类似于穷举,但回溯有“剪枝”功能,比如求和问题。给定 7 个数字,1 2 3 4 5 6 7 求和等于 7 的组合,从小到大搜索,选择 1 + 2 + 3 + 4 = 10 > 7,已经超过了 7,之后的 5 6 7 就没必要在继续了,这就是一种搜索过程的优化。比如 8 皇后问题。

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