按照黄皮书的安排,到了该讲递归的时候了。上网查了查,关于“递归”的文章可以说“汗牛充栋”——请原谅我在这里犯酸,我的意思是,写别人都写臭的东西让大家看,只是浪费大家的时间,所以我下面的东西应该是一些至少我看起来是新的东西,如果觉得有什么不清楚的,请参阅相关的文章(太多了)。即使这样,这篇文章还是不能把我想说的写完,看来我这人真的有废话的习惯。
看过这样一道题,问,“程序结构化设计的三种基础结构,顺序、选择、循环是不是必须的?”当然,你知道这样一个论断,只要有这三种就足够了;但是能不能更少呢?答案是“可以”,原因就是递归能取代循环的作用,例如下面的对一个数组里面元素求和的函数:
float rsum (float a[], const int n)
{
if (n <= 0) return 0;
else return rsum(a, n – 1) + a[n – 1];
}
实际上就是:
sum = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) sum += a[i];
但实际的情况是,任何的一种语言里面都有循环结构,但不是任何的语言都支持递归;套用一句话,递归是万能的,但没有递归不是万万不能的。然而,我看到现在的某些人,不管什么问题都要递归,明明循环是第一个想到的方法,偏偏费尽脑筋去寻找递归算法。对此,我真的不知道该说什么。
递归是算法吗
经常的看到“递归算法”、“非递归算法”,这种提法没有语义上的问题,并且我自己也这样用——递归的算法。但这也正说明了,递归不是算法,他是一种思想,正是因为某个算法的指导思想是递归的,所以才被称为递归算法;而一个有递归算法的问题,当你不使用递归作为指导思想,这样得到的算法就是非递归算法。——而对于循环能处理的问题,都有递归解法,在这个意义上说,循环算法都可以称为非递归算法。
我在这咬文嚼字没什么别的意思,只是想让大家知道,能写出什么样的算法,关键是看你编写算法时的指导思想。如果一开始就想到了循环、迭代的方法,你再费心耗神去找什么递归算法——即使找到了一种看似“简洁”的算法,由于他的低效实际上还是废物——你还在做这种无用功干什么?典型的学究陋习。如果你仅仅想到了递归的方法,现在你想用栈来消解掉递归,你做的工作仅仅是把系统做的事自己做了,你又能把效率提高多少?盲目的迷信消解递归就一定能提高效率是无根据的——你做的工作的方法如果不得当的话,甚至还不如系统原来的做法。
从学排列组合那天开始,我所知道的阶乘就是这个样子n! = 1×2×……n。如果让我来写阶乘的算法,我也只会想到从1乘到n。再如,斐波那契数列,如果有人用自然语言描述的话,一定是这样的,开始两项是0、1,以后的每项都是前面两项的和。所以让我写也只会得到“保存前两项,然后相加得到结果”的迭代解法。——现在只要是讲到递归几乎就有他们的登场,美其名曰:“定义是递归的,所以我们写递归算法”。我想问的是,定义的递归抽象是从哪里来的?显然阶乘的定义是从一个循环过程抽象来的,斐波那契数列的定义是个迭代的抽象。于是,我们先从一个本不是递归的事实抽象出一个递归的定义,然后我们说,“因为问题的定义是递归的,因此我们很容易写出递归算法”,接着说,“我们也能将这个递归算法转化为循环、迭代算法”,给人的感觉就像是1÷3=0.33……,0.33……×3=0.99……,然后我们花了好大的心智才明白1=0.99……。
还是有那么些人乐此不疲,是凡讲到递归就要提到这两个,结果,没有一个学生看到阶乘那样定义没有疑问的,没有一个对于那个递归的阶乘函数抱有钦佩之情的——瞎折腾什么呢?所以,如果要讲递归,就要一个令人信服的例子,而这个例子非汉诺塔莫属。
#include
#include
using namespace std;
class Needle
{
public:
Needle() { a.push_back(100); }//每一个柱子都有一个底座
void push(int n) { a.push_back(n); }
int top() { return a.back(); }
int pop() { int n = a.back(); a.pop_back(); return n; }
int movenum(int n) { int i = 1;while (a[i] > n) i++; return a.size() - i; }
int size() { return a.size(); }
int operator [] (int n) { return a[n]; }
private:
vector a;
};
void Hanoi(int n)
{
Needle needle[3], ns;//3个柱子,ns是转换柱子时的保存栈,借用了Needle的栈结构
int source = 0, target, target_m = 2, disk, m = n;
for (int i = n; i > 0; i--) needle[0].push(i);//在A柱上放n个盘子
while (n)//问题规模为n,开始搬动
{
if (!m) { source = ns.pop(); target_m = ns.pop();
m = needle[source].movenum(ns.pop()); }//障碍盘子搬走后,回到原来的当前柱
if (m % 2) target = target_m; else target = 3 - source - target_m;//规律1的实现
if (needle[source].top() < needle[target].top())//当前柱顶端盘子可以搬动时,移动盘子
{
disk = needle[source].top();m--;
cout << disk << " move " << (char)(source + 0x41) << " to "<< (char)(target + 0x41) << endl;//显示搬动过程
needle[target].push(needle[source].pop());//在目标柱上面放盘子
if (disk == n) { source = 1 - source; target_m = 2; m = --n; }规律3的实现
}
else//规律2的实现
{
ns.push(needle[source][needle[source].size() - m]);
ns.push(target_m); ns.push(source);
m = needle[target].movenum(needle[source].top());
target_m = 3 - source - target; source = target;
}
}
}
这个算法实现比递归算法复杂了很多(递归算法在网上、书上随便都可以找到),而且还慢很多,似乎是多余的,然而,这是有现实意义的。我不知道现在还在搬64个盘子的僧人是怎么搬的,不过我猜想一定不是先递归到1个盘子,然后再搬——等递归出来,估计胡子一打把了(能不能在人世还两说)。我们一定是马上决定下一步怎么搬,就如我上面写的那样,这才是人的正常思维,而用递归来思考,想出来怎么搬的时候,黄瓜菜都凉了。正像我们做事的方法,虽然我今生今世完不成这项事业,但我一定要为后人完成我能完成的,而不是在那空想后人应该怎么完成——如果达不到最终的结果,那也一定保证向正确的方向前进,而不是呆在原地空想。
由此看出,计算机编程实际上和正常的做事步骤的差距还是很大的——我们的做事步骤如果直接用计算机来实现的话,其实并不能最优,原因就是,实际中的相关性在计算机中可能并不存在——比如人脑的逆推深度是有限的,而计算机要比人脑深很多,论记忆的准确性,计算机要比人脑强很多。这也导致了一个普通的程序员和一个资深的程序员写的算法的速度常常有天壤之别。因为,后者知道计算机喜欢怎么思考。