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【C語言/C++】 遞歸算法

編輯:C++入門知識

【本文原創於Silence•軒轅•寂的博客園技術博客。】

【本文歡迎轉載,轉載請以鏈接形式注明出處。】

【本博客所有文章都經博主精心整理,請尊重我的勞動成果。】

 

 

 【C語言/C++】 遞歸算法

 

遞歸算法也是C語言算法中一個比較簡單與常用的算法,本文我們就來談談遞歸算法,我們首先了解一下什麼是遞歸算法,關於遞歸算法的概念只有一句話:一個過程(或函數)直接或間接調用自己本身,這種過程(或函數)叫遞歸過程(或函數).。

 

我們再來看看遞歸算法的特點:

 

(1) 遞歸就是在過程或函數裡調用自身。

 

(2) 在使用遞歸策略時,必須有一個明確的遞歸結束條件,稱為遞歸出口。

 

(3) 遞歸算法解題通常顯得很簡潔,但遞歸算法解題的運行效率較低。所以一般不提倡用遞歸算法設計程序。

 

(4) 在遞歸調用的過程當中系統為每一層的返回點、局部量等開辟了棧來存儲。遞歸次數過多容易造成棧溢出等。所以一般不提倡用遞歸算法設計程序。

 

再看看遞歸的分類:

 

直接遞歸
程序設計中,過程或函數直接或者間接調用自己,就被稱為遞歸調用。子程序直接調用自己,這稱為直接遞歸;嵌套關系的子程序A和B,內層的B調用外層的A,這是間接低歸;平級關系的子程序A和B,其中A調用了B,B調用了A,這也是間接遞歸,不過,這種間接遞歸用到了“超前引用”的規則。

 

下面,博主找到了一些有關於遞歸算法的題目。我們看看第一個題目。

 

這是一道很經典的題目:階乘。相信大部分的人都知道什麼是階乘,但是你如果不知道的話,不妨參見一下百度百科:階乘。

 

好了,其實這題非常簡單,我們只需要一個函數即可解決問題。

 

1 int recursive(int i)
2 {
3     int sum = 0;
4     if (0 == i)
5         return (1);
6     else
7         sum = i * recursive(i-1);
8     return sum;
9 }

 

就是上面的遞歸函數,這題我就不浪費篇幅講解了,重點放在第二個例題:漢諾塔問題。

 

 

一個廟裡有三個柱子,第一個有64個盤子,從上往下盤子越來越大。要求廟裡的老和尚把這64個盤子全部移動到第三個柱子上。移動的時候始終只能小盤子壓著大盤子。而且每次只能移動一個。1、此時老和尚(後面我們叫他第一個和尚)覺得很難,所以他想:要是有一個人能把前63個盤子先移動到第二個柱子上,我再把最後一個盤子直接移動到第三個柱子,再讓那個人把剛才的前63個盤子從第二個柱子上移動到第三個柱子上,我的任務就完成了,簡單。所以他找了比他年輕的和尚(後面我們叫他第二個和尚),命令:

① 你把前63個盤子移動到第二柱子上

② 然後我自己把第64個盤子移動到第三個柱子上後 

③ 你把前63個盤子移動到第三柱子上 
2、第二個和尚接了任務,也覺得很難,所以他也和第一個和尚一樣想:要是有一個人能把前62個盤子先移動到第三個柱子上,我再把最後一個盤子直接移動到第二個柱子,再讓那個人把剛才的前62個盤子從第三個柱子上移動到第三個柱子上,我的任務就完成了,簡單。所以他也找了比他年輕的和尚(後面我們叫他第三和尚),命令: 

① 你把前62個盤子移動到第三柱子上 

② 然後我自己把第63個盤子移動到第二個柱子上後 

③ 你把前62個盤子移動到第二柱子上 
3、第三個和尚接了任務,又把移動前61個盤子的任務依葫蘆話瓢的交給了第四個和尚,等等遞推下去,直到把任務交給了第64個和尚為止(估計第64個和尚很郁悶,沒機會也命令下別人,因為到他這裡盤子已經只有一個了)。

4、到此任務下交完成,到各司其職完成的時候了。完成回推了:
第64個和尚移動第1個盤子,把它移開,然後第63個和尚移動他給自己分配的第2個盤子。
第64個和尚再把第1個盤子移動到第2個盤子上。到這裡第64個和尚的任務完成,第63個和尚完成了第62個和尚交給他的任務的第一步。 
從上面可以看出,只有第64個和尚的任務完成了,第63個和尚的任務才能完成,只有第2個和尚----第64個和尚的任務完成後,第1個和尚的任務才能完成。這是一個典型的遞歸問題。 現在我們以有3個盤子來分析:

第1個和尚命令:

① 第2個和尚你先把第一柱子前2個盤子移動到第二柱子。(借助第三個柱子)

② 第1個和尚我自己把第一柱子最後的盤子移動到第三柱子。

③ 第2個和尚你把前2個盤子從第二柱子移動到第三柱子。 
很顯然,第二步很容易實現。

其中第一步,第2個和尚他有2個盤子,他就命令:

① 第3個和尚你把第一柱子第1個盤子移動到第三柱子。(借助第二柱子) 

② 第2個和尚我自己把第一柱子第2個盤子移動到第二柱子上。 

③ 第3個和尚你把第1個盤子從第三柱子移動到第二柱子。

同樣,第二步很容易實現,但第3個和尚他只需要移動1個盤子,所以他也不用在下派任務了。(注意:這就是停止遞歸的條件,也叫邊界值)
第三步可以分解為,第2個和尚還是有2個盤子,命令: 
① 第3個和尚你把第二柱子上的第1個盤子移動到第一柱子。

② 第2個和尚我把第2個盤子從第二柱子移動到第三柱子。

③ 第3個和尚你把第一柱子上的盤子移動到第三柱子。 
分析組合起來就是:1→3 1→2 3→2 借助第三個柱子移動到第二個柱子 |1→3 | 2→1 2→3 1→3借助第一個柱子移動到第三個柱子|共需要七步。

如果是4個盤子,則第一個和尚的命令中第1步和第3步各有3個盤子,所以各需要7步,共14步,再加上第1個和尚的1步,所以4個盤子總共需要移動7+1+7=15步,同樣,5個盤子需要15+1+15=31步,6個盤子需要31+1+31=64步……由此可以知道,移動n個盤子需要(2的n次方)-1步。

從上面整體綜合分析可知把n個盤子從1座(相當第一柱子)移到3座(相當第三柱子):
(1)把1座上(n-1)個盤子借助3座移到2座。 
(2)把1座上第n個盤子移動3座。 
(3)把2座上(n-1)個盤子借助1座移動3座。 
下面用hanoi(n,a,b,c)表示把1座n個盤子借助2座移動到3座。 
很明顯:    (1)步上是 hanoi(n-1,1,3,2) (3)步上是 hanoi(n-1,2,1,3) 
用C語言表示出來,就是:

 

 1 #include <stdio.h>
 2 int method(int n,char a, char b)
 3 {
 4      printf("number..%d..form..%c..to..%c.."n",n,a,b);
 5      return 0;
 6 }
 7 int hanoi(int n,char a,char b,char c)
 8 {
 9      if( n==1 ) move (1,a,c);
10      else
11           {
12                hanoi(n-1,a,c,b);
13                move(n,a,c);
14                hanoi(n-1,b,a,c);
15           };
16      return 0;
17 }
18 int main()
19 {
20      int num;
21      scanf("%d",&num);
22      hanoi(num,'A','B','C');
23      return 0;
24 }

 

這就是遞歸算法,其實,在C語言中,遞歸算法比枚舉法還要實用,但是這兩種算法都很簡單。

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