2018-03-13 对于递归的理解与递归应用

1.什么是递归?

知乎大佬们的回答简直是天秀……
https://www.zhihu.com/question/20507130

下面的图片也是转自上述链接。

小鲤鱼
关于转发

那么到底什么是递归?

  • 递归就是调用函数本身
int fun(n){
     ……
 fun(n); 
}

上面的代码就是fun()调用自己的情况。
但是如果这样就导致了死循环,是必然不能这么写的,那我们需要注意省略号部分,需要给一个终止条件。

int fun(n){
     if(n == 1){
        return 0;
     } 
  fun(--n); 
}
  • 递归分为递推和回归两部分,不断深入调用之后必须返回给上一级
    还是上面的代码,当n不断减1,最终n总会等于1,也就达到了终止的时机,然后开始return,带着return值找调用他的函数。

2.递归与循环的区别

递归:有去有回(有return)
循环:有去无回

某些情况(或者绝对情况?)递归和循环可以达到同样的效果,对于解决一个问题,循环更易于理解,且更省内存。但是递归是一种很简(zhuang)洁(B)的思想,有些时候用递归比用循环来的逻辑清晰,像斐波那契数列,快速排序等算法,就是递归的很优秀的算法。
同时递归在 算法:分治法 也是 main player, 递归和分治法是密不可分的。

3.递归的应用

在谈论应用之前,还是要提一下如何使用递归,不是说简单的自己调一下自己就行了,而是要考虑下面两个问题

  • 边界条件:也就是最后的终止条件,没有这个条件,我们是没法解决这个问题的,这个条件也就是分治法中的最小子问题的解决方案,也称为递归出口
  • 递归模式:我们用递归是为了将一个大问题分成好多个小问题来解决的,那么每个小问题如何解决就是递归模式,也称为递归体。

啰嗦一句:递归就像比如说你有一个项目,把一部分外包出去,接收到外包的公司又把一部分外包出去,不断外包,直到有一个公司觉得这么点小程序我还外包啥,自己做,写完了代码递交给下发任务的公司,然后下发任务的公司合并自己的代码,又交给上一级公司,不断递交,最后你拿到了项目,加上自己写的代码,合并成完整的项目。那么边界条件就是最后一个全部自己写的NB的公司,递归模式是把哪些任务交给下一级公司。

递归应用:
Fibonacci sequence 斐波那契数列
Merge Sort 归并排序
Quick Sort 快速排序
Tower of Hanoi 汉诺塔

4.汉诺塔

有三根相邻的柱子,标号为A,B,C,A柱子上从下到上按金字塔状叠放着n个不同大小的圆盘,要把所有盘子移动到柱子C上,一次只可以移动一个,可以借助B,并且每次移动同一根柱子上都不能出现大盘子在小盘子上方,打印出移动方案。

现在思考两个东西之间的联系:递归/汉诺塔 
要回忆刚才我们说的 边界条件和递归模式
在这里我取知乎大佬的图片来用一下吧。

  • A.边界条件
    边界条件一般就会考虑极端情况,对于这个题,就是当盘子只有有个的时候直接移动,那代码如下
if(n == 1){
  System.out.println("从"+from+'到'+to);
  return;
}

n是盘子数,from赋值A,to复制C


边界
  • B.递归模式
    也可以理解为如何求解子问题吧。
递归模式

怎么理解这张图片?

也是知乎大佬的原话,汉诺塔永远只有三步,第一步,打开冰箱门,第二步把大象装进冰箱,第三步关上冰箱门。(这个梗不会不知道吧,不知道的可以去百度一下)当然这个是搞笑的,但是实际上汉诺塔就是这样子,第一步,把n-1个碟子从from 移动到 helper(相当于打开冰箱门),第二步,把最下面的碟子从from移动到to(相当于最大的碟子是大象,放进了冰箱),第三步,把n-1个碟子从helper移动到to(相当于关上冰箱门),你可能会说了,不是说一次只能移动一个盘子么,对的,我把上面n-1个外包出去了呀。那么n-1就是被递归的部分。

n - 1 会把除了最底下的盘子都外包给n-2
n-2会把除了最底下的盘子都外包给n-3
……

也就是说,我们不需要管上面怎么移动的,我们只需要递归调用让子问题自行解决,解决完了把结果返回一下就行了。

那么,就是三步,我们已经确定了递归模式

代码如下

public class Hanoi {
    public static void main(String[] args) {
        //调用的时间分别传入了盘子的数目,from的杆子代号A
   //to的杆子代号C,helper的杆子代号B  
         Hanoi(4,"A","C","B"); 
    }

    static void Hanoi(int n,String from,String to,String helper){
    //边界条件(对比第一张手绘图)   
      if(n == 1){
            System.out.println("从"+from+'到'+to);
            return;
        }
       //递归部分

       //第一步:把n-1个从from挪到helper上,借助to
     //这就叫打开冰箱门
        Hanoi(n-1,from,helper,to); 
      //第二步:放入大象(这个大象就是n)
      move(from,to);
    //第三步:把n-1个helper挪到from上借助to
    //关上冰箱门
        Hanoi(n-1,helper,to,from);
    }

    static void move(String from, String to) {
        System.out.println("从"+from+'到'+to);
    }
}

现在可能看这个代码就会一脸懵逼,当然大佬完全可以按照执行顺序一层一层找下去,看看是怎么运行状况。

小白的话,千万不要试图去理解到底是怎么移动了这么神奇的事情,不要去想移动从哪到哪的事情,怎么打印出这些情况的,就想简单的三步,对于不断缩减的规模总是进行了三步,
把n-1部分(冰箱门)当做一个整体,直接运行

    //第一步:把n-1个从from挪到helper上,借助to
    //这就叫打开冰箱门
       Hanoi(n-1,from,helper,to); 
     //第二步:放入大象(这个大象就是n)
      move(from,to);
    //第三步:把n-1个helper挪到from上借助to
    //关上冰箱门
       Hanoi(n-1,helper,to,from);

部分,执行完就是两个碟子的情况。

递归的话是从第一步开始的,传入n-1又是一个新的子问题,打开冰箱门,放入大象,关上冰箱门,我们只需要管子问题执行结果,并且也不需要研究子问题里面是怎么执行的。

这样一直循环下去,我们顶多要再思考一下n=1的情况(也就是把大象放入一个没有门的冰箱里……)

好了,到此为止,不能再多说了,越说越乱。哈哈,好好捋一捋吧,递归本身就是很绕的一件事情,所以不要烦躁以为自己是不是很笨都理解不了,其实大家都这样。再厉害的大神都要绕的。

//4个盘子的运行结果如下
从A到B
从A到C
从B到C
从A到B
从C到A
从C到B
从A到B
从A到C
从B到C
从B到A
从C到A
从B到C
从A到B
从A到C
从B到C

好了就这样吧。

喜欢研究递归的可以刷刷递归的题,绕不清汉诺塔的或者要验证汉诺塔的可以试试这个小游戏:http://www.3454.com/91990p

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