我知道递归有时比循环要简洁得多,我不是在问什么时候应该用递归而不是迭代,我知道已经有很多关于这个的问题了。
我问的是,递归比循环快吗?在我看来,你总是能够细化一个循环,让它比递归函数执行得更快,因为循环是不存在的,不断地建立新的堆栈帧。
我特别在寻找在递归是正确处理数据的方法的应用程序中递归是否更快,例如在一些排序函数中,在二叉树中等等。
我知道递归有时比循环要简洁得多,我不是在问什么时候应该用递归而不是迭代,我知道已经有很多关于这个的问题了。
我问的是,递归比循环快吗?在我看来,你总是能够细化一个循环,让它比递归函数执行得更快,因为循环是不存在的,不断地建立新的堆栈帧。
我特别在寻找在递归是正确处理数据的方法的应用程序中递归是否更快,例如在一些排序函数中,在二叉树中等等。
当前回答
这取决于使用的语言。你写了'language-agnostic',所以我会举一些例子。
在Java、C和Python中,与迭代相比,递归是相当昂贵的(通常),因为它需要分配一个新的堆栈框架。在一些C编译器中,可以使用编译器标志来消除这种开销,它将某些类型的递归(实际上是某些类型的尾部调用)转换为跳转而不是函数调用。
In functional programming language implementations, sometimes, iteration can be very expensive and recursion can be very cheap. In many, recursion is transformed into a simple jump, but changing the loop variable (which is mutable) sometimes requires some relatively heavy operations, especially on implementations which support multiple threads of execution. Mutation is expensive in some of these environments because of the interaction between the mutator and the garbage collector, if both might be running at the same time.
我知道在某些Scheme实现中,递归通常比循环快。
简而言之,答案取决于代码和实现。你喜欢什么风格就用什么风格。如果使用函数式语言,递归可能更快。如果使用命令式语言,迭代可能更快。在某些环境中,这两种方法将生成相同的程序集(将其放入管道中并吸食)。
Addendum: In some environments, the best alternative is neither recursion nor iteration but instead higher order functions. These include "map", "filter", and "reduce" (which is also called "fold"). Not only are these the preferred style, not only are they often cleaner, but in some environments these functions are the first (or only) to get a boost from automatic parallelization — so they can be significantly faster than either iteration or recursion. Data Parallel Haskell is an example of such an environment.
列表推导式是另一种选择,但它们通常只是用于迭代、递归或更高阶函数的语法糖。
其他回答
从理论上讲,两者是一样的。 具有相同O()复杂度的递归和循环将以相同的理论速度工作,但当然,实际速度取决于语言、编译器和处理器。 数幂例可用O(ln(n))迭代编码:
int power(int t, int k) {
int res = 1;
while (k) {
if (k & 1) res *= t;
t *= t;
k >>= 1;
}
return res;
}
递归在显式管理堆栈的情况下可能更快,就像你提到的排序或二叉树算法一样。
我曾经遇到过这样的情况,用Java重写递归算法会让它变慢。
因此,正确的方法是首先以最自然的方式编写它,只在分析显示它至关重要时进行优化,然后衡量假定的改进。
Most answers here forget the obvious culprit why recursion is often slower than iterative solutions. It's linked with the build up and tear down of stack frames but is not exactly that. It's generally a big difference in the storage of the auto variable for each recursion. In an iterative algorithm with a loop, the variables are often held in registers and even if they spill, they will reside in the Level 1 cache. In a recursive algorithm, all intermediary states of the variable are stored on the stack, meaning they will generate many more spills to memory. This means that even if it makes the same amount of operations, it will have a lot memory accesses in the hot loop and what makes it worse, these memory operations have a lousy reuse rate making the caches less effective.
递归算法的缓存行为通常比迭代算法差。
在任何现实的系统中,不,创建一个堆栈框架总是比创建INC和JMP更昂贵。这就是为什么真正好的编译器会自动将尾递归转换为对同一帧的调用,也就是说,没有开销,所以你会得到更可读的源版本和更有效的编译版本。一个非常非常好的编译器甚至应该能够在可能的情况下将普通的递归转换为尾部递归。
一般来说,不,在任何具有两种形式的可行实现的实际使用中,递归不会比循环快。我的意思是,当然,你可以编写出花费很长时间的循环,但是有更好的方法来实现相同的循环,可以通过递归来实现相同的问题。
关于原因,你一针见血;创建和销毁堆栈帧比简单的跳转代价更大。
但是,请注意我所说的“在两种形式中都有可行的实现”。对于像许多排序算法这样的事情,往往没有一种非常可行的方法来实现它们,因为它不能有效地建立自己的堆栈版本,因为生成子“任务”是这个过程固有的一部分。因此,递归可能和试图通过循环实现算法一样快。
编辑:这个答案是假设非函数式语言,其中大多数基本数据类型是可变的。它不适用于函数式语言。