当我开始学习口齿不清时,我遇到了“尾部递归”这个词。这到底是什么意思?
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这本摘自《Lua编程》一书的摘录展示了如何进行正确的尾部递归(在Lua中,但也应适用于Lisp)以及为什么它更好。
尾部调用[尾部递归]是一种goto-dressed作为呼叫。当函数调用另一个作为其最后一个行动,所以它没有其他事情可做。例如在以下代码中,对g的调用是尾调用:函数f(x)返回g(x)终止在f调用g之后,它没有其他内容在这种情况下,程序不需要返回调用函数时调用的函数末端。因此在尾呼之后,程序不需要保留任何有关调用函数的信息在堆栈中。。。因为正确的尾呼使用no堆栈空间一个程序可以生成。例如,我们可以使用任意数字作为自变量;它永远不会溢出堆栈:函数foo(n)如果n>0,则返回foo(n-1)end终止…正如我前面所说的,尾呼是有点后顾之忧。因此,一个非常有用的正确的尾部调用在Lua用于编程状态机。此类应用程序可以代表功能状态;更改状态是去(或打电话)一个特定的作用例如,让我们考虑一个简单的迷宫游戏。迷宫有几个房间,每个房间最多四个门:北、南、东和西在每个步骤中,用户输入移动方向。如果有门在该方向上,用户将相应的房间;否则程序打印警告。目标是从最初的房间到最后的房间房间该游戏是典型的状态机,其中当前房间是状态。我们可以用一个每个房间的功能。我们用尾巴从一个房间移动到另一个有四个房间的小迷宫可能看起来像这样:功能室1()本地移动=io.read()如果移动==“南”,则返回房间3()elseif move==“east”然后返回room2()否则打印(“无效移动”)返回房间1()--呆在同一个房间终止终止功能室2()本地移动=io.read()如果move==“south”,则返回room4()elseif move==“west”然后返回房间1()否则打印(“无效移动”)返回室2()终止终止功能室3()本地移动=io.read()如果move==“north”,则返回room1()elseif move==“east”然后返回room4()否则打印(“无效移动”)返回室3()终止终止功能室4()打印(“恭喜!”)终止
因此,当您进行如下递归调用时:
function x(n)
if n==0 then return 0
n= n-2
return x(n) + 1
end
这不是尾部递归的,因为在进行递归调用之后,您仍然需要在该函数中做一些事情(添加1)。如果输入的数字很高,可能会导致堆栈溢出。
其他回答
许多人已经在这里解释了递归。我想引用Riccardo Terrell的《.NET中的并发性,并发和并行编程的现代模式》一书中关于递归的一些优点的一些想法:
“函数递归是FP中迭代的自然方式,因为它避免状态突变。在每次迭代期间,都会传递一个新值而不是被更新(变异)。在里面此外,可以编写递归函数,使您的程序更加模块化,并引入了开发机会并行化。"
以下是同一本书中关于尾部递归的一些有趣注释:
尾部调用递归是一种转换规则递归的技术函数转换为可处理大型输入的优化版本没有任何风险和副作用。注:尾部调用作为优化的主要原因是提高数据位置、内存使用率和缓存使用率。通过做尾巴调用时,被调用者使用与调用者相同的堆栈空间。这减少了记忆压力。它略微改善了缓存,因为存储器被后续调用方重用,并且可以留在缓存中,而不是驱逐旧的缓存线,为新的缓存腾出空间线
这本摘自《Lua编程》一书的摘录展示了如何进行正确的尾部递归(在Lua中,但也应适用于Lisp)以及为什么它更好。
尾部调用[尾部递归]是一种goto-dressed作为呼叫。当函数调用另一个作为其最后一个行动,所以它没有其他事情可做。例如在以下代码中,对g的调用是尾调用:函数f(x)返回g(x)终止在f调用g之后,它没有其他内容在这种情况下,程序不需要返回调用函数时调用的函数末端。因此在尾呼之后,程序不需要保留任何有关调用函数的信息在堆栈中。。。因为正确的尾呼使用no堆栈空间一个程序可以生成。例如,我们可以使用任意数字作为自变量;它永远不会溢出堆栈:函数foo(n)如果n>0,则返回foo(n-1)end终止…正如我前面所说的,尾呼是有点后顾之忧。因此,一个非常有用的正确的尾部调用在Lua用于编程状态机。此类应用程序可以代表功能状态;更改状态是去(或打电话)一个特定的作用例如,让我们考虑一个简单的迷宫游戏。迷宫有几个房间,每个房间最多四个门:北、南、东和西在每个步骤中,用户输入移动方向。如果有门在该方向上,用户将相应的房间;否则程序打印警告。目标是从最初的房间到最后的房间房间该游戏是典型的状态机,其中当前房间是状态。我们可以用一个每个房间的功能。我们用尾巴从一个房间移动到另一个有四个房间的小迷宫可能看起来像这样:功能室1()本地移动=io.read()如果移动==“南”,则返回房间3()elseif move==“east”然后返回room2()否则打印(“无效移动”)返回房间1()--呆在同一个房间终止终止功能室2()本地移动=io.read()如果move==“south”,则返回room4()elseif move==“west”然后返回房间1()否则打印(“无效移动”)返回室2()终止终止功能室3()本地移动=io.read()如果move==“north”,则返回room1()elseif move==“east”然后返回room4()否则打印(“无效移动”)返回室3()终止终止功能室4()打印(“恭喜!”)终止
因此,当您进行如下递归调用时:
function x(n)
if n==0 then return 0
n= n-2
return x(n) + 1
end
这不是尾部递归的,因为在进行递归调用之后,您仍然需要在该函数中做一些事情(添加1)。如果输入的数字很高,可能会导致堆栈溢出。
术语文件对尾部递归的定义有这样的说法:
尾部递归/n/
如果您还没有厌倦它,请参阅尾部递归。
尾部递归函数是一个递归函数,它在返回之前执行的最后一个操作是调用递归函数。也就是说,递归函数调用的返回值将立即返回。例如,您的代码如下所示:
def recursiveFunction(some_params):
# some code here
return recursiveFunction(some_args)
# no code after the return statement
实现尾部调用优化或尾部调用消除的编译器和解释器可以优化递归代码以防止堆栈溢出。如果您的编译器或解释器没有实现尾部调用优化(例如CPython解释器),那么用这种方式编写代码不会有额外的好处。
例如,这是Python中的标准递归阶乘函数:
def factorial(number):
if number == 1:
# BASE CASE
return 1
else:
# RECURSIVE CASE
# Note that `number *` happens *after* the recursive call.
# This means that this is *not* tail call recursion.
return number * factorial(number - 1)
这是阶乘函数的尾调用递归版本:
def factorial(number, accumulator=1):
if number == 0:
# BASE CASE
return accumulator
else:
# RECURSIVE CASE
# There's no code after the recursive call.
# This is tail call recursion:
return factorial(number - 1, number * accumulator)
print(factorial(5))
(请注意,即使这是Python代码,CPython解释器也不会进行尾部调用优化,因此这样安排代码不会带来运行时的好处。)
您可能需要使代码更不可读,才能利用尾部调用优化,如阶乘示例所示。(例如,基本情况现在有点不直观,累加器参数被有效地用作一种全局变量。)
但尾部调用优化的好处是它可以防止堆栈溢出错误。(我会注意到,通过使用迭代算法而不是递归算法,您可以获得同样的好处。)
当调用堆栈推送了太多帧对象时,会导致堆栈溢出。当调用函数时,框架对象被推到调用堆栈上,当函数返回时,框架将从调用堆栈中弹出。框架对象包含诸如局部变量以及函数返回时要返回的代码行之类的信息。
如果递归函数进行了太多递归调用而没有返回,则调用堆栈可能会超出其帧对象限制。(数量因平台而异;在Python中默认为1000个帧对象。)这会导致堆栈溢出错误。(嘿,这就是这个网站的名字来源!)
但是,如果递归函数做的最后一件事是进行递归调用并返回其返回值,那么它就没有理由保持当前帧对象需要停留在调用堆栈上。毕竟,如果递归函数调用后没有代码,就没有理由挂起当前帧对象的局部变量。因此,我们可以立即删除当前帧对象,而不是将其保留在调用堆栈中。这样做的最终结果是,调用堆栈的大小不会增加,因此不会出现堆栈溢出。
编译器或解释器必须具有尾部调用优化功能,以便能够识别何时可以应用尾部调用优化。即使如此,您可能已经重新排列了递归函数中的代码,以利用尾部调用优化,这取决于您是否值得优化可读性的潜在降低。
在Java中,以下是斐波那契函数的一个可能的尾部递归实现:
public int tailRecursive(final int n) {
if (n <= 2)
return 1;
return tailRecursiveAux(n, 1, 1);
}
private int tailRecursiveAux(int n, int iter, int acc) {
if (iter == n)
return acc;
return tailRecursiveAux(n, ++iter, acc + iter);
}
与标准递归实现形成对比:
public int recursive(final int n) {
if (n <= 2)
return 1;
return recursive(n - 1) + recursive(n - 2);
}
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