递归


引入  什么是递归?先看大家都熟悉的一个民间故事:从前有座山,山上有座庙,庙里有一个老和尚在给小和尚讲故事,故事里说,从前有座山,山上有座庙,庙里有一个老和尚在给小和尚讲故事,故事里说……。象这样,一个对象部分地由它自己组成,或者是按它自己定义,我们称之为递归。  一个函数、过程、概念或数学结构,如果在其定义或说明内部又直接或间接地出现有其本身的引用,则称它们是递归的或者是递归定义的。在程序设计中,过程或函数直接或者间接调用自己,就被称为递归调用。递归的概念

  • 递归过程是借助于一个递归工作栈来实现的
  • 问题向一极推进,这一过程叫做递推
  • 问题逐一解决,最后回到原问题,这一过程叫做回归
  • 递归的过程正是由递推回归两个过程组成。

  用递归方法编写的问题解决程序具有结构清晰可读性强等优点,且递归算法的设计比非递归算法的设计往往要容易一些,所以当问题本身是递归定义的,或者问题所涉及到的数据结构是递归定义的,或者是问题的解决方法是递归形式的时候,往往采用递归算法来解决。

递归的应用及实现

  递归算法在可计算性理论中占有重要地位,它是算法设计的有力工具,对于拓展编程思路非常有用。就递归算法而言并不涉及高深数学知识,只不过初学者要建立起递归概念不十分容易。

  我们先从一个最简单的例子导入。

  求斐波那契数列的第n位(C++代码):

 1 #include  2 using namespace std; 3  4 int fibonacci(int n) { 5     if (n <= 1) { 6         return n; 7     } else { 8         return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); 9     }10 }11 12 int main() {13     int n ;14     cin >> n ;15     printf("斐波那契数列前 %d 项为:\n", n);16     for (int i = 1; i <= n; i++) {17         printf("%d ", fibonacci(i));18     }19     printf("\n");20     return 0;21 }

回溯法


回溯法的概念与模板  回溯法是一种常用的算法,它主要用于解决一些组合优化问题,例如八皇后问题、0/1背包问题等。回溯法的基本思想是:从问题的某一种状态开始,搜索所有可能的情况,直到找到符合要求的解为止。

  回溯法的实现过程通常采用递归的方式,每次递归都会尝试一种可能的情况,如果这种情况不符合要求,就回溯到上一层递归,尝试其它的情况。在回溯的过程中,需要记录已经尝试过的情况,以避免重复计算。

  回溯法的时间复杂度通常比较高,因为它需要搜索所有可能的情况。但是,在一些特殊的情况下,回溯法可以通过剪枝等优化技巧来提高效率。

  回溯法是一种常用的算法思想,可以用于解决很多问题,比如八皇后问题、0/1背包问题等。下面是一个用C语言实现回溯法的模板:

 1 #include  2  3 #define MAX_N 100 // 最大的问题规模 4  5 int n; // 问题规模 6 int a[MAX_N]; // 存储解的数组 7  8 // 检查当前解是否合法 9 int check(int cur) {10     // TODO: 根据具体问题实现11 }12 13 // 回溯函数14 void backtrack(int cur) {15     if (cur == n) { // 找到一个解16         // TODO: 处理解的代码17         return;18     }19     for (int i = 0; i < n; i++) { // 枚举当前位置的所有可能取值20         a[cur] = i; // 尝试将当前位置设为i21         if (check(cur)) { // 如果当前解合法22             backtrack(cur + 1); // 继续搜索下一个位置23         }24     }25 }26 27 int main() {28     // TODO: 读入问题规模n和其它必要的输入29     backtrack(0); // 从第0个位置开始搜索30     return 0;31 }

在实际使用中,需要根据具体问题实现check函数和处理解的代码。

八皇后问题

  下面是一个八皇后问题的回溯法实现:

 1 #include  2 using namespace std; 3  4 const int N = 8; 5 int queen[N]; // 存放每一行皇后所在的列号 6  7 bool check(int row, int col) // 判断当前位置是否可以放置皇后 8 { 9     for (int i = 0; i < row; i++)10     {11         if (queen[i] == col || abs(row - i) == abs(col - queen[i]))12             return false;13     }14     return true;15 }16 17 void backtrack(int row) // 回溯函数18 {19     if (row == N) // 找到一组解20     {21         for (int i = 0; i < N; i++)22             cout << queen[i] << " ";23         cout << endl;24         return;25     }26 27     for (int col = 0; col < N; col++) // 枚举当前行所有可能的列28     {29         if (check(row, col)) // 如果当前位置可以放置皇后30         {31             queen[row] = col; // 记录当前皇后所在的列号32             backtrack(row + 1); // 继续搜索下一行33         }34     }35 }36 37 int main()38 {39     backtrack(0);40     return 0;41 }

  在上面的代码中,check函数用于判断当前位置是否可以放置皇后,backtrack函数用于搜索所有可能的情况。在搜索过程中,queen数组用于记录每一行皇后所在的列号。

  回溯法是一种非常实用的算法,它可以解决很多组合优化问题。但是,由于回溯法的时间复杂度较高,因此在实际应用中需要注意优化。

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