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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我不是Lisp程序员,但我认为这会有所帮助。
基本上,这是一种编程风格,递归调用是最后一件事。
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尾部递归函数是一个递归函数,其中递归调用是函数中最后执行的事情。
常规递归函数,我们有堆栈,每次调用递归函数中的递归函数时,都会向调用堆栈添加另一层。在正常递归中空间:O(n)尾递归使空间复杂性从
O(N)=>O(1)
尾部调用优化意味着可以从另一个函数调用函数,而不增加调用堆栈。我们应该在递归解中编写尾部递归。但某些语言实际上不支持其引擎中的尾部递归,该引擎将语言向下编译。自从ecma6以来,规范中就有了尾部递归。但编译js的引擎都没有实现尾部递归。你无法在js中实现O(1),因为编译器本身不知道如何实现这种尾部递归。截至2020年1月1日,Safari是唯一支持尾部呼叫优化的浏览器。Haskell和Java具有尾部递归优化
正则递归阶乘
function Factorial(x) {
//Base case x<=1
if (x <= 1) {
return 1;
} else {
// x is waiting for the return value of Factorial(x-1)
// the last thing we do is NOT applying the recursive call
// after recursive call we still have to multiply.
return x * Factorial(x - 1);
}
}
我们的调用堆栈中有4个调用。
Factorial(4); // waiting in the memory for Factorial(3)
4 * Factorial(3); // waiting in the memory for Factorial(2)
4 * (3 * Factorial(2)); // waiting in the memory for Factorial(1)
4 * (3 * (2 * Factorial(1)));
4 * (3 * (2 * 1));
我们正在进行4次Factorial()调用,空间为O(n)这可能会导致堆栈溢出
尾部递归因子
function tailFactorial(x, totalSoFar = 1) {
//Base Case: x===0. In recursion there must be base case. Otherwise they will never stop
if (x === 0) {
return totalSoFar;
} else {
// there is nothing waiting for tailFactorial to complete. we are returning another instance of tailFactorial()
// we are not doing any additional computaion with what we get back from this recursive call
return tailFactorial(x - 1, totalSoFar * x);
}
}
在进行递归调用后,我们不需要记住任何内容
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。
与普通递归相比,尾部递归非常快。它很快,因为祖先调用的输出不会写入堆栈以保持跟踪。但在正常递归中,所有祖先调用堆栈中的输出以保持跟踪。
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。
递归有两种基本类型:头部递归和尾部递归。
在头部递归中,函数进行递归调用,然后执行更多计算,可能使用例如递归调用。在尾部递归函数中,所有计算首先发生递归调用是最后发生的事情。
摘自这篇超棒的帖子。请考虑阅读它。