在我多年的编程生涯中，我经常使用递归来解决简单的问题，但我完全意识到，有时由于内存/速度问题，您需要迭代。
所以，在很久以前的某个时候，我去尝试寻找是否存在任何“模式”或教科书上的方法来将常见的递归方法转换为迭代，但一无所获。至少我想不起有什么帮助。
有一般的规则吗? 有“模式”吗?
当前回答
实际上，最常见的方法是保留自己的堆栈。下面是一个C语言的递归快速排序函数:
void quicksort(int* array, int left, int right)
{
if(left >= right)
return;
int index = partition(array, left, right);
quicksort(array, left, index - 1);
quicksort(array, index + 1, right);
}
以下是我们如何通过保持自己的堆栈来实现迭代:
void quicksort(int *array, int left, int right)
{
int stack[1024];
int i=0;
stack[i++] = left;
stack[i++] = right;
while (i > 0)
{
right = stack[--i];
left = stack[--i];
if (left >= right)
continue;
int index = partition(array, left, right);
stack[i++] = left;
stack[i++] = index - 1;
stack[i++] = index + 1;
stack[i++] = right;
}
}
显然，这个例子没有检查堆栈边界……实际上，你可以根据最坏的情况来确定堆栈的大小。但你懂的。
其他回答
即使使用堆栈也不能将递归算法转换为迭代算法。普通的递归是基于函数的递归，如果我们使用堆栈，那么它就变成了基于堆栈的递归。但它仍然是递归。
对于递归算法，空间复杂度为O(N)，时间复杂度为O(N)。 对于迭代算法，空间复杂度为O(1)，时间复杂度为O(N)。
但是如果我们使用堆栈的话复杂度还是一样的。我认为只有尾递归可以转化为迭代。
一个被关闭为这个问题的副本的问题有一个非常特定的数据结构:
节点结构如下:
typedef struct {
int32_t type;
int32_t valueint;
double valuedouble;
struct cNODE *next;
struct cNODE *prev;
struct cNODE *child;
} cNODE;
递归删除函数如下所示:
void cNODE_Delete(cNODE *c) {
cNODE*next;
while (c) {
next=c->next;
if (c->child) {
cNODE_Delete(c->child)
}
free(c);
c=next;
}
}
一般来说，对于多次(甚至一次)调用自身的递归函数，避免使用堆栈并不总是可能的。然而，对于这种特殊的结构，这是可能的。其思想是将所有节点平展为单个列表。这是通过将当前节点的子节点放在顶部行列表的末尾来实现的。
void cNODE_Delete (cNODE *c) {
cNODE *tmp, *last = c;
while (c) {
while (last->next) {
last = last->next; /* find last */
}
if ((tmp = c->child)) {
c->child = NULL; /* append child to last */
last->next = tmp;
tmp->prev = last;
}
tmp = c->next; /* remove current */
free(c);
c = tmp;
}
}
这种技术可以应用于任何可以简化为具有确定性拓扑顺序的DAG的数据链接结构。当前节点子节点被重新排列，以便最后一个子节点采用所有其他子节点。然后可以删除当前节点，然后遍历可以迭代到剩余的子节点。
实际上，最常见的方法是保留自己的堆栈。下面是一个C语言的递归快速排序函数:
void quicksort(int* array, int left, int right)
{
if(left >= right)
return;
int index = partition(array, left, right);
quicksort(array, left, index - 1);
quicksort(array, index + 1, right);
}
以下是我们如何通过保持自己的堆栈来实现迭代:
void quicksort(int *array, int left, int right)
{
int stack[1024];
int i=0;
stack[i++] = left;
stack[i++] = right;
while (i > 0)
{
right = stack[--i];
left = stack[--i];
if (left >= right)
continue;
int index = partition(array, left, right);
stack[i++] = left;
stack[i++] = index - 1;
stack[i++] = index + 1;
stack[i++] = right;
}
}
显然，这个例子没有检查堆栈边界……实际上，你可以根据最坏的情况来确定堆栈的大小。但你懂的。
似乎没有人指出递归函数在主体中调用自己超过一次的位置，并处理返回递归中的特定点(即不是原始递归)。据说每一个递归都可以转化为迭代，所以这似乎是可能的。
我刚刚想出了一个如何做到这一点的c#示例。假设您有以下递归函数，它的作用类似于poststorder遍历，AbcTreeNode是一个带有指针a、b、c的3元树。
public static void AbcRecursiveTraversal(this AbcTreeNode x, List<int> list) {
if (x != null) {
AbcRecursiveTraversal(x.a, list);
AbcRecursiveTraversal(x.b, list);
AbcRecursiveTraversal(x.c, list);
list.Add(x.key);//finally visit root
}
}
迭代解:
int? address = null;
AbcTreeNode x = null;
x = root;
address = A;
stack.Push(x);
stack.Push(null)
while (stack.Count > 0) {
bool @return = x == null;
if (@return == false) {
switch (address) {
case A://
stack.Push(x);
stack.Push(B);
x = x.a;
address = A;
break;
case B:
stack.Push(x);
stack.Push(C);
x = x.b;
address = A;
break;
case C:
stack.Push(x);
stack.Push(null);
x = x.c;
address = A;
break;
case null:
list_iterative.Add(x.key);
@return = true;
break;
}
}
if (@return == true) {
address = (int?)stack.Pop();
x = (AbcTreeNode)stack.Pop();
}
}
我的例子是用Clojure编写的，但是应该很容易翻译成任何语言。
给定这个函数，当n值较大时StackOverflows:
(defn factorial [n]
(if (< n 2)
1
(*' n (factorial (dec n)))))
我们可以用以下方式定义一个使用自己堆栈的版本:
(defn factorial [n]
(loop [n n
stack []]
(if (< n 2)
(return 1 stack)
;; else loop with new values
(recur (dec n)
;; push function onto stack
(cons (fn [n-1!]
(*' n n-1!))
stack)))))
其中return定义为:
(defn return
[v stack]
(reduce (fn [acc f]
(f acc))
v
stack))
这也适用于更复杂的函数，例如阿克曼函数:
(defn ackermann [m n]
(cond
(zero? m)
(inc n)
(zero? n)
(recur (dec m) 1)
:else
(recur (dec m)
(ackermann m (dec n)))))
可以转化为:
(defn ackermann [m n]
(loop [m m
n n
stack []]
(cond
(zero? m)
(return (inc n) stack)
(zero? n)
(recur (dec m) 1 stack)
:else
(recur m
(dec n)
(cons #(ackermann (dec m) %)
stack)))))
