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递归就这么简单(上)

更新时间:2022-10-14 13:05:55

递归介绍


本来预算此章节是继续写快速排序的,然而编写快速排序往往是递归来写的,并且递归可能不是那么好理解,于是就有了这篇文章。

在上面提到了递归这么一个词,递归在程序语言中简单的理解是:方法自己调用自己

递归其实和循环是非常像的,循环可以改写成递归,递归未必能改写成循环,这是一个充分不必要的条件。

  • 那么,有了循环,为什么还要用递归呢??在某些情况下(费波纳切数列,汉诺塔),使用递归会比循环简单很多很多
  • 话说多了也无益,让我们来感受一下递归吧。

我们初学编程的时候肯定会做过类似的练习:

  • 1+2+3+4+....+100(n)求和
  • 给出一个数组,求该数组内部的最大值

我们要记住的是,想要用递归必须知道两个条件:

  • 递归出口(终止递归的条件)
  • 递归表达式(规律)

技巧:在递归中常常是将问题切割成两个部分(1和整体的思想),这能够让我们快速找到递归表达式(规律)


一、求和


如果我们使用for循环来进行求和1+2+3+4+....+100,那是很简单的:


int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum = sum + i;
    }
    System.out.println("公众号:Java3y:" + sum);

前面我说了,for循环都可以使用递归来进行改写,而使用递归必须要知道两个条件:1、递归出口,2、递归表达式(规律)

首先,我们来找出它的规律:1+2+3+...+n,这是一个求和的运算,那么我们可以假设X=1+2+3+...+n,可以将1+2+3+...+(n-1)看成是一个整体。而这个整体做的事又和我们的初始目的(求和)相同。以我们的高中数学知识我们又可以将上面的式子看成X=sum(n-1)+n

好了,我们找到我们的递归表达式(规律),它就是sum(n-1)+n,那递归出口呢,这个题目的递归出口就有很多了,我列举一下:

  • 如果n=1时,那么就返回1
  • 如果n=2时,那么就返回3(1+2)
  • 如果n=3时,那么就返回6(1+2+3)

当然了,我肯定是使用一个最简单的递归出口了:if(n=1) return 1

递归表达式和递归出口我们都找到了,下面就代码演示:

递归出口为1:


public static void main(String[] args) {
        System.out.println("公众号:Java3y:" + sum(100));
    }
    /**
     *
     * @param n 要加到的数字,比如题目的100
     * @return
     */
    public static int sum(int n) {
        if (n == 1) {
            return 1;
        } else {
            return sum(n - 1) + n;
        }
    }


递归出口为4:


public static void main(String[] args) {
        System.out.println("公众号:Java3y:" + sum(100));
    }
    /**
     *
     * @param n 要加到的数字,比如题目的100
     * @return
     */
    public static int sum(int n) {
        //如果递归出口为4,(1+2+3+4)
        if (n == 4) {
            return 10;
        } else {
            return sum(n - 1) + n;
        }
    }


结果都是一样的。


二、数组内部的最大值


如果使用的是循环,那么我们通常这样实现:


int[] arrays = {2, 3, 4, 5, 1, 5, 2, 9, 5, 6, 8, 3, 2};
    //将数组的第一个假设是最大值
    int max = arrays[0];
    for (int i = 1; i < arrays.length; i++) {
        if (arrays[i] > max) {
            max = arrays[i];
        }
    }
    System.out.println("公众号:Java3y:" + max);

那如果我们用递归的话,那怎么用弄呢?首先还是先要找到递归表达式(规律)和递归出口


  • 我们又可以运用1和整体的思想来找到规律
    • 将数组第一个数->2与数组后面的数->{3, 4, 5, 1, 5, 2, 9, 5, 6, 8, 3, 2}进行切割,将数组后面的数看成是一个整体X={3, 4, 5, 1, 5, 2, 9, 5, 6, 8, 3, 2},那么我们就可以看成是第一个数和一个整体进行比较if(2>X) return 2  else(2<X) return X
    • 而我们要做的就是找出这个整体的最大值与2进行比较。找出整体的最大值又是和我们的初始目的(找出最大值)是一样的
    • 也就可以写成if( 2>findMax() )return 2 else return findMax()
  • 递归出口,如果数组只有1个元素时,那么这个数组最大值就是它了。

使用到数组的时候,我们通常为数组设定左边界和右边界,这样比较好地进行切割

  • L表示左边界,往往表示的是数组第一个元素,也就会赋值为0(角标为0是数组的第一个元素)
  • R表示右边界,往往表示的是数组的长度,也就会赋值为arrays.length-1(长度-1在角标中才是代表最后一个元素)

那么可以看看我们递归的写法了:


public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {2, 3, 4, 5, 1, 5, 2, 9, 5, 6, 8, 3, 1};
        System.out.println("公众号:Java3y:" + findMax(arrays, 0, arrays.length - 1));
    }
    /**
     * 递归,找出数组最大的值
     * @param arrays 数组
     * @param L      左边界,第一个数
     * @param R      右边界,数组的长度
     * @return
     */
    public static int findMax(int[] arrays, int L, int R) {
        //如果该数组只有一个数,那么最大的就是该数组第一个值了
        if (L == R) {
            return arrays[L];
        } else {
            int a = arrays[L];
            int b = findMax(arrays, L + 1, R);//找出整体的最大值
            if (a > b) {
                return a;
            } else {
                return b;
            }
        }
    }


三、冒泡排序递归写法


在冒泡排序章节中给出了C语言的递归实现冒泡排序,那么现在我们已经使用递归的基本思路了,我们使用Java来重写一下看看:

冒泡排序:俩俩交换,在第一趟排序中能够将最大值排到最后面,外层循环控制排序趟数,内层循环控制比较次数

以递归的思想来进行改造:

  • 当第一趟排序后,我们可以将数组最后一位(R)和数组前面的数(L,R-1)进行切割,数组前面的数(L,R-1)看成是一个整体,这个整体又是和我们的初始目的(找出最大值,与当前趟数的末尾处交换)是一样的
  • 递归出口:当只有一个元素时,即不用比较了:L==R
public static void main(String[] args) {
        int[] arrays = {2, 3, 4, 5, 1, 5, 2, 9, 5, 6, 8, 3, 1};
        bubbleSort(arrays, 0, arrays.length - 1);
        System.out.println("公众号:Java3y:" + arrays);
    }
    public static void bubbleSort(int[] arrays, int L, int R) {
        int temp;
        //如果只有一个元素了,那什么都不用干
        if (L == R) ;
        else {
            for (int i = L; i < R; i++) {
                if (arrays[i] > arrays[i + 1]) {
                    temp = arrays[i];
                    arrays[i] = arrays[i + 1];
                    arrays[i + 1] = temp;
                }
            }
            //第一趟排序后已经将最大值放到数组最后面了
            //接下来是排序"整体"的数据了
            bubbleSort(arrays, L, R - 1);
        }
    }

递归就这么简单(上)