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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简而言之,尾部递归将递归调用作为函数中的最后一条语句,这样就不必等待递归调用。
所以这是一个尾部递归,即N(x-1,p*x)是函数中的最后一个语句,编译器聪明地发现它可以优化为for循环(阶乘)。第二个参数p携带中间乘积值。
function N(x, p) {
return x == 1 ? p : N(x - 1, p * x);
}
这是编写上述阶乘函数的非尾部递归方式(尽管某些C++编译器可能无论如何都能优化它)。
function N(x) {
return x == 1 ? 1 : x * N(x - 1);
}
但这不是:
function F(x) {
if (x == 1) return 0;
if (x == 2) return 1;
return F(x - 1) + F(x - 2);
}
我确实写了一篇题为“理解尾部递归——Visual Studio C++——汇编视图”的长文
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在传统递归中,典型的模型是首先执行递归调用,然后获取递归调用的返回值并计算结果。通过这种方式,在每次递归调用返回之前,您不会得到计算结果。
在尾部递归中,首先执行计算,然后执行递归调用,将当前步骤的结果传递给下一个递归步骤。这导致最后一条语句的形式为(return(递归函数参数))。基本上,任何给定递归步骤的返回值都与下一个递归调用的返回值相同。
这样做的结果是,一旦准备好执行下一个递归步骤,就不再需要当前堆栈帧。这允许进行一些优化。事实上,使用一个适当编写的编译器,您永远不应该有带有尾部递归调用的堆栈溢出窃笑。只需在下一个递归步骤中重用当前堆栈帧。我很确定Lisp会这么做。
尾部递归是函数调用的递归函数自身位于函数的末尾(“尾部”),其中没有计算在递归调用返回后完成。许多编译器优化以将递归调用更改为尾部递归调用或迭代调用。
考虑计算一个数的阶乘的问题。
一种简单的方法是:
factorial(n):
if n==0 then 1
else n*factorial(n-1)
假设你调用阶乘(4)。递归树为:
factorial(4)
/ \
4 factorial(3)
/ \
3 factorial(2)
/ \
2 factorial(1)
/ \
1 factorial(0)
\
1
上述情况下的最大递归深度为O(n)。
但是,请考虑以下示例:
factAux(m,n):
if n==0 then m;
else factAux(m*n,n-1);
factTail(n):
return factAux(1,n);
factTail(4)的递归树为:
factTail(4)
|
factAux(1,4)
|
factAux(4,3)
|
factAux(12,2)
|
factAux(24,1)
|
factAux(24,0)
|
24
这里,最大递归深度是O(n),但没有一个调用向堆栈添加任何额外变量。因此编译器可以取消堆栈。
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);
}
尾部递归是你现在的生活。您不断重复使用相同的堆栈帧,因为没有理由或方法返回到“先前”帧。过去已经结束,可以抛弃。你得到一帧,永远走向未来,直到你的过程不可避免地消亡。
当您考虑到某些进程可能会使用额外的帧,但如果堆栈没有无限增长,则仍然被认为是尾部递归时,这种类比就失败了。
递归意味着函数调用自身。例如:
(define (un-ended name)
(un-ended 'me)
(print "How can I get here?"))
尾部递归是指结束函数的递归:
(define (un-ended name)
(print "hello")
(un-ended 'me))
看,非终结函数(Scheme术语中的过程)做的最后一件事就是调用自己。另一个(更有用的)例子是:
(define (map lst op)
(define (helper done left)
(if (nil? left)
done
(helper (cons (op (car left))
done)
(cdr left))))
(reverse (helper '() lst)))
在helper过程中,如果左边不是nil,最后一件事就是调用自己(AFTER cons something和cdr something)。这基本上就是如何映射列表的。
尾部递归有一个很大的优点,即解释器(或编译器,取决于语言和供应商)可以对其进行优化,并将其转换为相当于while循环的东西。事实上,在Scheme传统中,大多数“for”和“while”循环都是以尾部递归的方式完成的(据我所知,没有for和while)。