我有一个关于如何将“递归”转换为“尾递归”的问题。这不是功课,只是当我尝试完善算法书中的递归定理时弹出的一个问题。我熟悉使用递归的两个典型示例(阶乘和斐波那契序列),并且还知道如何以递归方式和尾递归方式实现它们。我的代码如下(我使用Perl只是为了使其简单,但是可以轻松地转换为C / Java / C ++)
#this is the recursive function sub recP { my ($n) = @_; if ($n==0 or $n==1 or $n==2) { return 1; } else { return (recP($n-3)*recP($n-1))+1; } } for (my $k=1;$k<10;$k++) { print "*"x10,"\n"; print "recP($k)=", recP($k), "\n"; }
运行代码时,输出如下:
recP(1)=1 recP(2)=1 recP(3)=2 recP(4)=3 recP(5)=4 recP(6)=9 recP(7)=28 recP(8)=113 recP(9)=1018
递归函数在返回之前用不同的参数调用两次;我尝试了几种方法将其转换为尾部递归方法,但事实证明都是错误的。
有人可以看一下代码,然后向我展示使其尾部递归的正确方法吗?特别是我相信有一个用于此树递归的转换例程(在返回之前多次调用递归函数),对此有什么启发?因此,以后我可以使用相同的逻辑来处理不同的问题。提前致谢。
尽管您经常看到以下示例作为将阶乘转换为尾部调用的示例:
int factorial(int n, int acc=1) { if (n <= 1) return acc; else return factorial(n-1, n*acc); }
这不是很正确,因为它要求乘法同时具有关联性和可交换性。(乘法 是 关联的和可交换的,但是上面的方法不能作为不满足这些约束的其他操作的模型。)更好的解决方案可能是:
int factorial(int n, int k=1, int acc=1) { if (n == 0) return acc; else return factorial(n-1, k+1, acc*k); }
这也可以作为斐波那契变换的模型:
int fibonacci(int n, int a=1, int b=0) { if (n == 0) return a; else return fibonacci(n-1, a+b, a); }
请注意,它们从头开始计算序列,而不是在调用堆栈中排队未决的继续。因此,它们在结构上更像是迭代解决方案,而不是递归解决方案。但是,与迭代程序不同,它们从不修改任何变量。所有绑定都是恒定的。这是一个有趣且有用的属性。在这些简单的情况下,它并没有太大的区别,但是编写代码时无需重新分配就可以使一些编译器优化更加容易。
无论如何,最后一个确实为您的递归函数提供了一个模型。像斐波那契数列一样,我们需要保留相关的过去值,但是我们需要三个而不是两个:
int mouse(int n, int a=1, int b=1, int c=1) { if (n <=2 ) return a; else return mouse(n-1, a*c+1, a, b); }
附加物
在评论中,提出了两个问题。我将在这里回答他们(还有一个)。
首先,应该清楚(考虑到没有函数调用概念的基础机器体系结构),任何函数调用都可以改写为goto(可能是无边界的中间存储)。此外,任何goto都可以表示为尾叫。因此有可能(但不一定很漂亮)将任何递归重写为尾递归。
通常的机制是“连续传递样式”,这是一种奇特的说法,即每次您要调用函数时,您都将当前函数的其余部分打包为新函数(“连续”),然后传递该函数。到被调用函数的延续。由于每个函数随后都将连续性作为参数接收,因此它必须通过调用接收到的连续性来完成其创建的任何连续性。
那可能足以使您的头旋转,所以我换一种说法:将参数和延续位置推入堆栈,而不是将参数和返回位置推入堆栈并调用一个函数(稍后将返回),并转到一个函数,该函数随后将转到继续位置。简而言之,只需将堆栈作为显式参数,然后就无需返回。这种编程风格在事件驱动的代码中很常见(请参阅Python Twisted),并且编写(和阅读)确实很痛苦。因此,我强烈建议让编译器为您执行此转换,如果您可以找到可以做到的转换。
@xxmouse 建议我从帽子中取出递归方程,并询问它是如何得出的。它只是原始的递归,但重新定义为单个元组的转换:
fn = fn-1*fn-3 + 1 => Fn = <Fn-11*Fn-13+1, Fn-11, Fn-12>
我不知道这是否更清楚,但这是我能做的最好的。看一下斐波那契示例,情况稍微简单一些。
@j_random_hacker 询问此转换的限制是什么。它适用于递归序列,其中每个元素可以由先前k元素的某些公式表示,其中k是一个常数。还有其他方法可以产生尾调用递归。例如:
k
// For didactic purposes only bool is_odd(int n) { return n%2 == 1; } int power(int x, int n, int acc=1) { if (n == 0) return acc; else if (is_odd(n)) return power(x, n-1, acc*x); else return power(x*x, n/2, acc); }
上面的是 不 一样的通常的非尾调用递归,它不乘法的不同(但等效的和等长的)序列。
int squared(n) { return n * n; } int power(int x, int n) { if (n == 0) return 1; else if (is_odd(n)) return x * power(x, n-1)); else return squared(power(x, n/2)); }
感谢Alexey Frunze进行以下测试:输出(ideone):
mouse(0) = 1 mouse(1) = 1 mouse(2) = 1 mouse(3) = 2 mouse(4) = 3 mouse(5) = 4 mouse(6) = 9 mouse(7) = 28 mouse(8) = 113 mouse(9) = 1018