尾递归

1、递归

简单的来说递归就是一个函数直接或间接地调用自身,是为直接或间接递归。一般来说,递归需要有边界条件、递归前进段和递归返回段。当边界条件不满足时,递归前进;当边界条件满足时,递归返回。

用递归需要注意以下两点:
(1) 递归就是在过程或函数里调用自身。
(2) 在使用递归策略时,必须有一个明确的递归结束条件,称为递归出口。

递归一般用于解决三类问题:
  (1)数据的定义是按递归定义的。(Fibonacci函数,n的阶乘)
  (2)问题解法按递归实现。(回溯)
  (3)数据的结构形式是按递归定义的。(二叉树的遍历,图的搜索)

递归的缺点:
  递归解题相对常用的算法如普通循环等,运行效率较低。因此,应该尽量避免使用递归,除非没有更好的算法或者某种特定情况,递归更为适合的时候。在递归调用的过程当中系统为每一层的返回点、局部量等开辟了栈来存储,因此递归次数过多容易造成栈溢出。
  用线性递归实现Fibonacci函数,程序如下所示:

int FibonacciRecursive(int n)
{if( n < 2)return n;return (FibonacciRecursive(n-1)+FibonacciRecursive(n-2));
}

递归写的代码非常容易懂,完全是根据函数的条件进行选择计算机步骤。例如现在要计算n=5时的值,递归调用过程如下图所示:

在这里插入图片描述

2、尾递归

顾名思义,尾递归就是从最后开始计算, 每递归一次就算出相应的结果, 也就是说, 函数调用出现在调用者函数的尾部, 因为是尾部, 所以根本没有必要去保存任何局部变量. 直接让被调用的函数返回时越过调用者, 返回到调用者的调用者去。尾递归就是把当前的运算结果(或路径)放在参数里传给下层函数,深层函数所面对的不是越来越简单的问题,而是越来越复杂的问题,因为参数里带有前面若干步的运算路径。

尾递归是极其重要的,不用尾递归,函数的堆栈耗用难以估量,需要保存很多中间函数的堆栈。比如f(n, sum) = f(n-1) + value(n) + sum; 会保存n个函数调用堆栈,而使用尾递归f(n, sum) = f(n-1, sum+value(n)); 这样则只保留后一个函数堆栈即可,之前的可优化删去。

采用尾递归实现Fibonacci函数,程序如下所示:

int FibonacciTailRecursive(int n,int ret1,int ret2)
{if(n==0)return ret1; return FibonacciTailRecursive(n-1,ret2,ret1+ret2);
}

例如现在要计算n=5时的值,尾递归调用过程如下图所示:
在这里插入图片描述

从图可以看出,为递归不需要向上返回了,但是需要引入而外的两个空间来保持当前的结果。

为了更好的理解尾递归的应用,写个程序进行练习。采用直接递归和尾递归的方法求解单链表的长度,C语言实现程序如下所示:

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