递归还是迭代?

如果我们使用循环而不是递归，或者反之，在两者都可以达到相同目的的算法中，性能是否会受到影响?检查给定的字符串是否是回文。我见过许多程序员使用递归作为一种炫耀的手段，当一个简单的迭代算法可以满足要求。编译器在决定使用什么时起着至关重要的作用吗?

当前回答

我将通过“归纳”设计一个Haskell数据结构来回答你的问题，这是递归的一种“对偶”。然后我会展示这种对偶性是如何带来好的结果的。

我们为简单树引入一个类型:

data Tree a = Branch (Tree a) (Tree a)
            | Leaf a
            deriving (Eq)

我们可以把这个定义理解为“一棵树是一个分支(包含两棵树)或一个叶子(包含一个数据值)”。叶结点是一种最小的情况。如果树不是叶子，那么它一定是包含两棵树的复合树。这些是唯一的例子。

让我们做一个树:

example :: Tree Int
example = Branch (Leaf 1) 
                 (Branch (Leaf 2) 
                         (Leaf 3))

现在，让我们假设我们想给树中的每个值加1。我们可以通过调用:

addOne :: Tree Int -> Tree Int
addOne (Branch a b) = Branch (addOne a) (addOne b)
addOne (Leaf a)     = Leaf (a + 1)

首先，请注意这实际上是一个递归定义。它将数据构造函数Branch和Leaf作为case(因为Leaf是最小值的，这是唯一可能的case)，我们可以确定函数将终止。

用迭代风格编写addOne需要什么?循环进入任意数量的分支会是什么样子?

此外，这种递归通常可以用“函子”来分解。我们可以通过定义将树变成函子:

instance Functor Tree where fmap f (Leaf a)     = Leaf (f a)
                            fmap f (Branch a b) = Branch (fmap f a) (fmap f b)

和定义:

addOne' = fmap (+1)

我们可以提出其他递归方案，例如代数数据类型的变形(或折叠)。使用变形法，我们可以这样写:

addOne'' = cata go where
           go (Leaf a) = Leaf (a + 1)
           go (Branch a b) = Branch a b

其他回答

递归在某些情况下非常有用。例如，考虑查找阶乘的代码

int factorial ( int input )
{
  int x, fact = 1;
  for ( x = input; x > 1; x--)
     fact *= x;
  return fact;
}

现在用递归函数来考虑这个问题

int factorial ( int input )
{
  if (input == 0)
  {
     return 1;
  }
  return input * factorial(input - 1);
}

通过观察这两个，我们可以看到递归很容易理解。但如果不小心使用，它也会很容易出错。假设如果我们错过了if (input == 0)，那么代码将执行一段时间，并以堆栈溢出结束。

这取决于语言。在Java中，你应该使用循环。函数式语言优化递归。

递归有一个缺点，使用递归编写的算法的空间复杂度为O(n)。而迭代方法的空间复杂度为O(1)。这是使用迭代而不是递归的优点。那我们为什么要用递归呢?

见下文。

有时使用递归编写算法更容易，而使用迭代编写相同的算法略难。在这种情况下，如果您选择遵循迭代方法，您将不得不自己处理堆栈。

使用递归，每次“迭代”都会产生函数调用的成本，而使用循环，你通常只需要支付递增/递减的代价。因此，如果循环的代码并不比递归解决方案的代码复杂多少，循环通常会优于递归。

通常情况下，人们会期望性能损失在另一个方向上。递归调用会导致构建额外的堆栈帧;对此的惩罚各不相同。此外，在一些语言中，如Python(更准确地说，是在某些语言的某些实现中……)，对于递归指定的任务，您可能很容易遇到堆栈限制，例如在树状数据结构中查找最大值。在这些情况下，你应该坚持使用循环。

编写好的递归函数可以在一定程度上降低性能损失，前提是你有一个优化尾部递归的编译器，等等(还要再次检查，确保函数真的是尾部递归——这是许多人都会犯的错误之一)。

除了“边缘”情况(高性能计算、非常大的递归深度等)之外，最好采用最清楚地表达您的意图、设计良好且可维护的方法。仅在确定需求后进行优化。

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