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怎么写递归

2019年11月23日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

以前我很少写递归，因为感觉写递归需要灵感，很难复制。

学了点函数式后，我发现写递归其实是有套路的。
递归只需要想清楚 2 个问题：

  1. 什么情况不需要计算
  2. 大问题怎么变成小问题

举例

1. 判断数组是否包含某元素

const has = (element, arr) => {};

  • 什么情况不需要计算？
    数组为空时不需要计算，一定不包含。

    const has = (element, arr) => {
  if (arr.length === 0) return false;
};

  • 怎么把大问题变成小问题？
    把 arr 的长度减小，向数组为空的情况逼近。
    从 arr 中取出第一个元素和 element 比较：

    1. 相同：返回 true。
    2. 不相同：求解更小的问题。
    const has = (element, arr) => {
  if (arr.length === 0) return false;
  else if (arr[0] === element) return true;
  else return has(element, arr.slice(1));
};

2. 删除数组的某个元素

const del = (element, arr) => {};

  • 什么情况不需要计算？
    数组为空时不需要计算，返回空数组。

    const del = (element, arr) => {
  if (arr.length === 0) return [];
};

  • 怎么把大问题变成小问题？
    把 arr 的长度减小，向空数组的情况逼近。
    从 arr 中取出第一个元素和 element 比较：

    1. 相同：返回数组余下元素。
    2. 不相同：留下该元素，再求解更小的问题。
    const del = (element, arr) => {
  if (arr.length === 0) return [];
  else if (arr[0] === element)
    return arr.slice(1);
  else
    return [
      arr[0],
      ...del(element, arr.slice(1))
    ];
};

3. 阶乘、斐波那契

阶乘、斐波那契用递归来写也是这个套路，代码结构都是一样的。

先列出不需要计算的情况，再写大问题和小问题的转换关系。

const factorial = n => {
  if (n === 1) return 1;
  else return n * factorial(n - 1);
};
const fibonacci = n => {
  if (n === 1) return 1;
  else if (n === 2) return 1;
  else return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
};

4. 小孩子的加法

小孩子用数数的方式做加法，过程是这样的：

3 颗糖 加 2 颗糖 是几颗糖？

小孩子会把 3 颗糖放左边，2 颗糖放右边。
从右边拿 1 颗糖到左边，数 4，
再从右边拿 1 颗糖到左边，数 5，
这时候右边没了，得出有 5 颗糖。

这也是递归的思路。

const add = (m, n) => {};

  • 当 n = 0 时，不需要计算，结果就是 m。

    const add = (m, n) => {
  if (n === 0) return m;
};

  • 把问题向 n = 0 逼近：

    const add = (m, n) => {
  if (n === 0) return m;
  else return add(m + 1, n - 1);
};

当然 m = 0 也是不需要计算的情况。
选择 m = 0 还是 n = 0 作为不需要计算的情况 决定了 大问题转成小问题的方向。

continuation passing style

const add1 = m => m + 1;

把 add1 的返回结果乘 2，通常这么写：

add1(5) * 2;

用 continuation passing style 来实现是这样的：

const add1 = (m, continuation) =>
  continuation(m + 1);

add1(5, x => x * 2);

add1 加一个参数 continuation，它是一个函数，表示对结果的后续操作。

我们用 continuation passing style 来写写递归。

以下用

  1. cps 代替 continuation passing style
  2. cont 代替 continuation

1. 阶乘

const factorial = (n, cont) => {
  if (n === 1) return cont(1);
  else return factorial(n - 1, x => cont(n * x));
};
  • 如果 n === 1，把结果 1 交给 cont；
  • 如果 n > 1，计算 n - 1 的阶乘，
    把 n - 1 阶乘的结果 x 乘 n，交给 cont。

这个 factorial 函数该怎么调用呢？
cont 可以传 x => x，这个函数接收什么就返回什么。

factorial(5, x => x);

  • 之前的写法：

    const factorial = n => {
  if (n === 1) return 1;
  else return n * factorial(n - 1);
};

    递归调用 factorial 不是函数的最后一步，还需要乘 n。
    因此编译器必须保留堆栈。

  • 新写法：

    const factorial = (n, cont) => {
  if (n === 1) return cont(1);
  else
    return factorial(n - 1, x => cont(n * x));
};

    递归调用 factorial 是函数的最后一步。
    做了尾递归优化的编译器将不保留堆栈，从而不怕堆栈深度的限制。

也就是说：可以通过 cps 把递归变成尾递归。

2. 斐波那契

const fibonacci = (n, cont) => {
  if (n === 1) return cont(1);
  else if (n === 2) return cont(1);
  else
    return fibonacci(n - 1, x =>
      fibonacci(n - 2, y => cont(x + y))
    );
};
  • 如果 n === 1，把结果 1 交给 cont；
  • 如果 n === 2，把结果 1 交给 cont；
  • 如果 n > 2，
    计算 n - 1 的结果 x，
    计算 n - 2 的结果 y，
    把 x + y 交给 cont。

cps 可以把递归变成尾递归，但并不是用了 cps 的递归就是尾递归。

像这么写，就不是尾递归：

const fibonacci = (n, cont) => {
  if (n === 1) return cont(1);
  else if (n === 2) return cont(1);
  else
    return fibonacci(n - 1, x =>
      cont(fibonacci(n - 2, y => x + y))
    );
};

注意这段代码：

x => cont(fibonacci(n - 2, y => x + y));

fibonacci 的调用不是函数的最后一步，cont 的调用才是最后一步。

最后想说的

不管按以前的方式写递归 还是 用 cps 写递归，思想都是一样的，都是要搞清：

  1. 什么情况不需要计算
  2. 大问题怎么变成小问题

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