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怎么寫好java遞歸函數

發布時間:2021-12-31 14:41:47 來源:億速云 閱讀:201 作者:iii 欄目:大數據

本篇內容主要講解“怎么寫好java遞歸函數”,感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷,實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“怎么寫好java遞歸函數”吧!

1 遞歸的三要素

寫遞歸,就是寫三要素的實現,三要素分別為函數,邊界,遞推公式,剛開始只要記住要這么寫,寫幾個算法之后,就能慢慢明白為什么要這樣搞。

1.1 遞歸首要元素-函數

明確你的函數是干什么用的,函數的入參應該是什么,返回值是什么,這三個問題,先從函數是干什么用的開始,你可以定義一個函數f() 假設已經實現了每一步遞歸的實現,再去明確這個實現 到底做了什么,入參至少要什么,返回值和參數返回可以理解為是一個東西,都是為了返回給上層調用或者全局的一個數據,想清楚函數的三個要素,那你的函數就定義好了。

1.2 遞歸邊界、跳出遞歸

同樣,先這樣去做,再去想為什么,這一步要判斷的就是函數的入參,入參的null ,入參為初始值,比如斐波那契數列的前1位或者2位,開始時候可能不一定想的完全,那沒關系,下面的一步還會繼續完善,所以我這里舉得例子是斐波那契的前12位,而不是直接說結論,這一步驟是在函數的實現里面,所以考慮方式就是假設,入參到了臨界值或者初始值,或者特殊值,你要判斷一下,第一遍寫的時候比如斐波那契,可以直接這么寫

if (n == 1)
  return 1;
if (n == 2)
  return 1;

想到的不一定完全對,或者那么地很優雅, 沒關系,只要想到要考慮邊界就可以了。下面就是想邊界的意義是什么?有兩點,其一,異常值邊界,其二遞歸結束判斷,比如此題中的n < 0 怎么辦,和 n == 1n == 2 就分別對應前面說的,當然這兩點可能考慮不那么完全,假設你只考慮了像前面代碼中的,或者寫邊界時候發現寫的多了,或者冗余了,這樣不影響程序的結果,那么寫完遞推公式,我們再來回顧邊界問題。

1.3 遞推公式

這個就要先談意義,再談實現了,意義在于逐漸減少算法的規模,或者定義一種方式讓輸入的值盡可能地靠近臨界值,也就是找一個關系f(n) f(n-x)序列的關系,f(n) 代表要解決的問題規模,f(n-x) 比n小的問題規模的函數值,這是遞歸函數中的關鍵一步,沒有遞推公式,就沒有遞歸。例如斐波那契序列,中的遞推公式是f(n)=f(n-1) + f(n-2)我們來觀察這個公式,發現其第nn-1n-2 有關系,所以我們來看,如果輸入任何整數,那么n-1,n-2 可能取值是負數,01+,可以看到邊界0和負數沒有考慮在內,所以,這時回顧前面1.2 的遞歸,我們來補充一下邊界后得到:

if (n <= 2)
  return 1;

2 遞歸的案例

下面通過三個簡單例子,我們來練習使用遞歸,分別是青蛙跳臺階問題,等同于斐波那契序列,遞歸方式反轉單鏈表,遞歸遍歷樹,以及針對三個

2.1 青蛙跳臺階問題

第一定義函數,明確函數只有一個唯一的輸入值n ,第二找到遞歸結束條件或者遞歸邊界,可以發現當臺階是1或者2時候最容易得到,至于遞推式,可以發現青蛙在每次跳的時候有兩種跳法,那青蛙怎么到達第n 個臺階,就是有兩種跳法,分別對應f(n-1)f(n-2) ,所以遞歸式就是f(n)=f(n-1)+f(n-2) ,那么整個算法就是如下:

//一只青蛙一次可以跳上1級臺階,也可以跳上2級。求該青蛙跳上一個n級的臺階總共有多少種跳法。
//1。定義函數
public int f2(int n) {
   //2.確定邊界
    if (n == 1)
        return 1;
    if (n == 2)
        return 2;
   //3.確定遞歸式
    return f2(n-1) + f2(n-2);
}

繼續檢查邊界,發現n如果小于1,就會陷入死循環,那么程序可以改成這樣:

if (n == 1)
  return 1;

if (n == 2)
  return 2;

if (n < 1)
  return 0;
  
//當然簡單寫,可以這樣搞

if (n < 1)
  return 0;
if (n <= 2)
  return n;

2.2 遞歸方式反轉單鏈表

單鏈表的反轉,一般考慮到是雙指針反轉,當然遞歸寫也可以,同樣,首先定義函數,發現函數只有一個入參即節點node 這個node 在根節點或者任意中間節點都適用,其二確定邊界,在反轉單鏈表時候,可能會漏了node.next 的邊界,此時兩種方式,1,冗余寫,只要你考慮到了,這可能是邊界,你多寫了絕對不會錯,甚至,你可以多寫兩到三步也完全沒問題,2,少寫的話,就寫完遞歸方式再來檢查,比如反轉單鏈表這個題,你會看到如果node.next 為空,那么node.next.next 就會報空指針問題,一般寫完遞歸式后最好回頭檢查一下邊界,可以查缺補漏,去冗余或者補條件。

此題的核心點是解開鏈的遞歸式,就是

Node last = f3(node.next); //假設當前節點的下一節點后的鏈表已經反轉
node.next.next = node; //當前節點指向的節點指向當前節點
node.next = null ;//原來當前節點是指向下一節點的,解開當前節點,并把節點指向空
//此處解釋,為什么指向空,首先可以將node節點理解為第一個節點,那么第一節點反轉后,就是最后一個節點,則指向是null,否則它還是指向2,就有問題喲
//那么如果不是第一個節點呢?這個指針是怎么指向的

舉個例子,假設,單鏈表是1,2,3,4,5那么遞歸的過程如下圖:

怎么寫好java遞歸函數

看圖,可以發現每一步的當前節點,放入反轉鏈表后,都是最后一個,那它必然指向null 這樣懂了把!

class Node{
    int data;
    Node next;
} 
public Node f3(Node node) {
    //2.確定返回邊界
    if (node == null || node.next == null)
        return node;
    //3.拿到遞歸推導
    Node last = f3(node.next);
    node.next.next = node;
    node.next = null ;//這個的作用是什么?,解開死循環,最后是有A->B,B->A
    return last;
}

2.3 遞歸遍歷樹

遞歸遍歷樹也是最簡單的,假設你之前沒有看過遍歷的代碼,那么從零來開始考慮這個問題,首先定義函數,確認入參和單鏈表反轉類似,只需要一個TreeNode 節點,然后考慮邊界為null ,和不為null ,你首先想到是不是這樣?

if (node == null)
  return ;

if (node.left == null && node.right == null) {
  System.out.pritln(node.val);
  return ;
}

現在看起來是有點冗余,但是假設你并不知道,那么接下來下遞歸式,以先序為例

//首先節點本身
System.out.println(node.val);      
//然后節點左
preOrder(node.left);      
//然后節點右 
preOrder(node.right);

就這樣完了,然后回顧前面的邊界問題,只有上面的代碼兩行,可以看到在節點為null 的時候,就直接return 了,不用考慮子節點,字節點的邊界在父節點的邊界中已經考慮到了,當然寫了這條邊界完全不影響程序運行哦,所以最終的前中后序遍歷如下代碼:

 //二叉樹前序遍歷
public static void preOrder(TreeNode node) {
    if (node == null)
        return;
    System.out.println(node.val);
    preOrder(node.left);
    preOrder(node.right);
}

//二叉樹中序遍歷
public static void inOrder(TreeNode node) {
    if (node == null)
        return;
    preOrder(node.left);
    System.out.println(node.val);
    preOrder(node.right);
}

//二叉樹后序遍歷
public static void postOrder(TreeNode node) {
    if (node == null)
        return;
    preOrder(node.left);
    preOrder(node.right);
    System.out.println(node.val);
}

2.4 通過一個序列構造二叉樹

下面,我們補一個遞歸算法題,輸入一個二叉樹序列,來還原構造二叉樹,順便測試一下前面的遍歷樹的代碼,同樣熟悉了遞歸的套路后,我們直接來寫代碼

//1.定義函數確認,只需要一個參數,即剩余序列
public static TreeNode createBinaryTree(LinkedList<Integer> inputList) {
        //定義一個空的樹節點,此處為了整齊劃一,在邊界和遞歸體里面都可以用,所以寫在第一行
        TreeNode node = null;
        //2.邊界
        if (inputList == null || inputList.isEmpty())
            return node;

        //3.主要遞歸體,從鏈表中刪除并取第一個元素,構建好左右節點,最后返回當前節點
        Integer data = inputList.removeFirst();
        //data,主要是異常值判斷,前面已經判斷過鏈表為空了
        if (data != null) {
            node = new TreeNode(data);
            node.left = createBinaryTree(inputList);
            node.right = createBinaryTree(inputList);
        }
        return node;
}

    public static void main(String[] args) {
        //前序遍歷序列
        LinkedList<Integer> inputList = new LinkedList<Integer>(Arrays.asList(new Integer[]{3,2,9,null,null,10,null,null,8,null,4}));

        TreeNode node = createBinaryTree(inputList);

        //前序遍歷
        System.out.println("前序遍歷:");
        preOrder(node);

    }

到此,相信大家對“怎么寫好java遞歸函數”有了更深的了解,不妨來實際操作一番吧!這里是億速云網站,更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢,關注我們,繼續學習!

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