C语言详解:函数递归专题
文章目录
- 函数递归
- 函数递归的定义和优缺点
- 递归的使用场景及必要条件
- 递归的细节说明
- 递归的习题讲解
- 1打印整数每一位
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 2递归和非递归求n阶乘
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 3`strlen`函数模拟
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 4逆序字符串
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 5递归实现数字各位之和
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 6求n的k次幂
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 7递归求斐波那契数列
- 输入输出示例
- 解题思路
- 代码逻辑
- 经典问题
- 汉诺塔问题
- 游戏规则
- 解题思路
- 青蛙跳台阶
- 游戏规则
- 解题思路
函数递归
函数递归的定义和优缺点
程序调用自身的行为就是递归。可以直接或间接的调用,本质是把复杂的问题转化为一个规模小的问题。递归一般只需少量的代码就可描绘出多次重复计算。其主要思考方式在于大事化小。
优点是为具有某些特征的编程问题提供了最简单的策略,缺点是层层调用,算法的复杂度可能过高,以致于快速耗干了计算机的内存资源,不方便阅读和维护等。
递归的使用场景及必要条件
使用场景
- 能够要求转化为新的问题,且二者解决方法相同,所处理的对象存在规律变化。
- 非递归比较麻烦,而递归很简单。
- 有模板或是公式可以直接套用,不会出现明显问题。
必要条件
- 明确存在限制条件
- 每次递归越来越逼近条件
递归的细节说明
-
每级递归都有自己的变量,可能名称相同,但是其值不同。
递归调用时,系统自动保留当前函数的参数变量。每次调用系统都会为函数开辟相应的空间。
-
每次调用都要返回值,递归执行结束后,控制权传回到上一级函数。
调用结束后,系统释放本次调用所开辟的空间,程序返回到上一次的调用点,同时获得初进该级调用的参数。
每级递归必须逐级返回,不可跳跃或间断。
-
函数中递归语句之前的代码,按被调函数的顺序执行,递归之后的代码,与被调函数相反的顺序执行。
递归的习题讲解
1打印整数每一位
用递归的方式,实现打印一个整数的每一位的功能。
输入输出示例
输入:1234
输出:1 2 3 4
解题思路
print(1234)
= = =print(123)
+4
= = =print(12)
+3+4
= = =print(1)
+2+3+4
= = =printf(1)
+2+3+4
这便是前面使用场景中所写的,将题目要求问题转化为新的问题,且变量有规律的变化
代码逻辑
n
是不是个位数,递推调用n / 10
n
是个位数,回归打印n % 10
void Print(int n)
{if (n > 9){Print(n / 10);}printf("%d ", n%10);
}
int main()
{int num = 0;scanf("%d", &num);Print(num); return 0;
}
2递归和非递归求n阶乘
用递归和非递归的方法,分别实现求n的阶乘的功能(不考虑溢出)。
输入输出示例
输入:5
输出:120
解题思路
n ∗ n − 1 ∗ n − 2 ∗ n − 3 ∗ … ∗ 1 n*n-1*n-2*n-3*…*1 n∗n−1∗n−2∗n−3∗…∗1
代码逻辑
f a c ( n ) = n ∗ f a c ( n − 1 ) , n > 0 fac(n) = n * fac(n-1) , n>0 fac(n)=n∗fac(n−1),n>0
f a c ( n ) = 1 , n = 0 fac(n) = 1 , n=0 fac(n)=1,n=0
int fac(int n)//非递归
{int ret = 1;for (int i = 1; i <= n; i++){ret *= i;}return ret;
}
int fac(int n)//递归
{if (n > 0)return n * fac2(n - 1);elsereturn 1;
}
int main()
{int n = 0;scanf("%d", &n); printf("%d\n", fac(n));return 0;
}
3strlen
函数模拟
输入输出示例
输入:abcdef
输出:6
解题思路
strlen(abcdef\0)
1+strlen(bcdef\0)
1+1+strlen(cdef\0)
1+1+1+strlen(def\0)
1+1+1+1+strlen(ef\0)
1+1+1+1+1+strlen(f\0)
1+1+1+1+1+1+strlen(\0)
代码逻辑
若 ∗ c h ≠ 0 , s t r l e n ( a r r ) = 1 + s t r l e n ( a r r + 1 ) 若 *ch≠0 , strlen(arr) = 1 + strlen(arr+1) 若∗ch=0,strlen(arr)=1+strlen(arr+1)
若 ∗ c h = 0 , s t r l e n ( a r r ) = 0 若*ch=0 , strlen(arr) = 0 若∗ch=0,strlen(arr)=0
int my_strlen(char* ch)
{if (*ch != '\0'){return 1 + my_strlen(ch + 1);}return 0;
}
int main()
{char ch[20] = { 0 };scanf("%s", &ch);printf("%d", my_strlen(ch));return 0;
}
4逆序字符串
不开辟额外空间的情况下,不使用字符串库函数,递归实现字符串反向排列,而不是倒序打印。
输入输出示例
输入:abcdef
输出:fedcba
解题思路
abcdef
递推:(先把后面赋值给前面,后面用覆盖\0)
$ \Rightarrow$
f b c d e \0
⇒ \Rightarrow ⇒
f e c \0\0
⇒ \Rightarrow ⇒
f e d \0\0\0
回归:(把前面转移出去的字符对应赋值给\0)
$ \Rightarrow$
f e d c \0\0
⇒ \Rightarrow ⇒
f e d c b \0
⇒ \Rightarrow ⇒
f e d c b a
代码逻辑
reverse("abcdef\0") 交换a和f+reverse("f bcde\0\0") 交换a和f+交换b和e+reverse("fe cd\0\0\0") 交换a和f+交换b和e+交换c和d+reverse("fed \0\0\0\0")
- 交换两个字符
- 将在前的字符先放到一边存着
- 把在后的字符赋值到前面的位置
- 再把后面的位置对应覆盖为
\0
- 原在前字符替换
\0
- 把事先存好的在前的字符对应替换到
\0
的位置上
void reserve_string1(char* ch)//指针
{char* left = ch;char* right = ch + strlen(ch) - 1;while (left < right){char tmp = *left;//不能交换地址,只能交换内容*left = *right;*right = tmp;left++;right--;}
}
void reserve_string2(char* ch)//数组
{int left = 0;int right = strlen(ch) - 1;while (left < right){char tmp = ch[right];ch[right] = ch[left];ch[left] = tmp;left++;right--;}
}void reverse_string3(char* ch)//递归
{char* left = ch;char* right = ch + strlen(ch) - 1;if (*ch != '\0'){char tmp = *left;//提取*left = *right;//赋值*right = '\0';//赋\0reverse_string3(ch+1);//ch+1,而不是ch++*right = tmp;//赋值}
}
int main()
{char ch[20] = "abcdef";//char* ch = "abcdef";//err - 常量字符串不可修改reverse_string3(ch);printf("%s\n", ch);return 0;
}
5递归实现数字各位之和
写一个递归函数DigitSum()
,输入一个非负整数,返回组成它的数字之和
输入输出示例
输入:1234
输出:10
解题思路
1234
DigitSum(123)
+4
DigitSum(12)
+3+4
DigitSum(1)
+2+3+41+2+3+4
1234%10=4
1234/10=123123%10=3
123/10=1212%10=2
12/10=11%10=1
1/10=0一个数模10得到尾数,除10得到尾数前面的数字
通过不断的除10模10,就可以把每一位数字放到末尾,从而得到每一位数字
代码逻辑
若n不为个位数,先%10得到尾数,再/10
一定要有递归的出口,即当n为个位数时,函数返回n
int DigitSum(int n)
{if (n > 9)return DigitSum(n / 10) + n % 10;elsereturn n;//递归的出口
}
int main()
{int n = 0;scanf("%d", &n);printf("%d\n", DigitSum(n));return 0;
}
6求n的k次幂
输入两个整数分别代表底数和次幂,递归实现n的k次幂的功能。
输入输出示例
输入:2 3
输出:8
解题思路
当
k>0
时,函数返回n*power(n,k-1)
当
k=0
时,函数返回1,这是程序的出口,是程序递归到最后必须要计算的值
代码逻辑
n k = n ∗ n k − 1 , k > 0 n^k = n * n^{k-1} ,k > 0 nk=n∗nk−1,k>0
n k = 1 , k = 0 n^k = 1 , k = 0 nk=1,k=0
double power(int n,int k)
{if (k > 0)return n * power(n, k - 1);else if (k == 0)return 1.0;//递归的出口k=0elsereturn 1.0 / power(n, -k);
}
int main()
{int n = 0;int k = 0;scanf("%d%d", &n, &k);printf("%lf\n", power(n, k));return 0;
}
7递归求斐波那契数列
递归和非递归分别实现求第n个斐波那契数
输入输出示例
输入:5
输出:5
解题思路
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 . . . 1\quad 1\quad 2\quad 3\quad 5\quad 8\quad 13\quad 21\quad 34\quad 55\quad 89\quad ... 1123581321345589...
代码逻辑
递归:
F i b ( n ) = F i b ( n − 1 ) + F i b ( n − 2 ) , n > 2 Fib(n) = Fib(n-1) + Fib(n-2) , n>2 Fib(n)=Fib(n−1)+Fib(n−2),n>2
F i b ( 1 ) = F i b ( 2 ) = 1 Fib(1) = Fib(2) = 1 Fib(1)=Fib(2)=1非递归:
上一次的b换成这一次的a
上一次的c换成这一次的b
如此循环,就可以从前往后一个一个求。
int Fib(int n)
{if (n > 2)return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);elsereturn 1;
}
但是这个方法效率是非常低的,当数字特别大时,层层拆分下来,时间效率是 O ( 2 n ) O(2^n) O(2n)。
根据公式可知,第三个斐波那契数可由前两个得到,我们利用这个规律
int Fib(int n)
{if (n <= 2)return 1;int a = 1;int b = 1;int c = 1;//n=3时不用运算while (n >= 3)//从头开始移动n-2次,n=3时不用{c = a + b;a = b;//b赋值给ab = c;//c赋值给b n--;}return c;
}int main()
{int n = 0;scanf("%d", &n);printf("%d",Fib(n));return 0;
}
经典问题
汉诺塔问题
汉诺塔,小时候游戏机上经常看别人玩的,自己玩到三四局就玩不下去了的那款游戏。当然如果你觉得非常简单,小时候能玩的行云流水,那你有本事到我面前说,礼貌谢谢(狗头保命)。
游戏规则
有三根柱子,分别为A、B、C ,A柱上从上到下依次排列着由小到大的圆盘,我们需要把圆盘从A柱按照同样的摆放顺序放到C柱上,期间我们可以借助B柱。
- 每次只能挪动一个且是最上面的圆盘
- 按照从上到下依次是由小到大的顺序摆放。
解题思路
假设由N个盘子,只需要考虑第 N N N个盘子和其上 N − 1 N-1 N−1个盘子的整体。显然思路就是,第 N N N个是要放在 C C C柱上的,
- 首先将 N − 1 N-1 N−1个整体是先放在 B B B柱上;
- 其次将第 N N N个放在 C C C柱上;
- 最后将 N − 1 N-1 N−1个整体放到 C C C柱上。
即:第 N N N个 A → B A\rightarrow B A→B, N − 1 N-1 N−1个整体 A → B → C A\rightarrow B\rightarrow C A→B→C 。然后再考虑 N − 1 N-1 N−1个中把第 N − 1 N-1 N−1个当作最后一个,其上 N − 2 N-2 N−2个当作整体,到最后只剩一个直接放到 C C C柱上。这便是递归的整体思路。
void move(int n, int x, int z)
{printf("%d盘:%c->%c\n", n, x, z);
}
void hannoi(int n, char x, char y, char z)
{if (n == 1)move(n, x, z);else{hannoi(n - 1, x, z, y);move(n, x, z);hannoi(n - 1, y, x, z);}
}
int main()
{int input = 0;do {printf("输入盘数开始测试(0. 退出测试)\n");scanf("%d", &input);switch (input){case 0:break;default:hannoi(input, 'A', 'B', 'C');break;}} while (input);return 0;
}
青蛙跳台阶
游戏规则
初阶版本
青蛙一次可以跳一级台阶,也可以跳两级台阶。求该青蛙跳n级台阶共有多少种跳法?
进阶版本
青蛙一次可以跳一级台阶,也可以跳两级台阶,……,也可以跳n级台阶,求该青蛙跳上n级台阶的跳法种数。
解题思路
我们反向思考,当青蛙跳到最高阶 N N N阶时,他是怎么跳到第 N N N阶的呢?
有两种情况,
- 从第 N − 1 N-1 N−1阶,跳到第 N N N阶,最后一次跳一阶。
- 从第 N − 2 N-2 N−2阶,跳到第 N N N阶,最后一次跳两阶。
图中用灰框框出的部分,是最后一次跳一阶的,其余的是最后一次跳两阶的。
很显然,除了这两种情况,别无他法。所以计算青蛙
跳到 N N N阶的方法数 = = = 跳 N − 1 N-1 N−1阶的方法数 + + + 跳 N − 2 N-2 N−2 阶的方法数。
同样,图中用灰框框出的部分,也代表的是跳 N − 1 N-1 N−1阶的方法数,其余的是跳 N − 2 N-2 N−2 阶的方法数。
这其实就是斐波那契数列。
int fib(int n)
{if (n > 1)return fib(n - 1) + fib(n - 2);elsereturn 1;
}