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詳解Java中的迭代和遞歸
本文是百分網(wǎng)小編搜索整理的關(guān)于Java中的迭代和遞歸，文章顯示分別介紹了Java中的迭代和遞歸，而后又介紹了迭代和遞歸的區(qū)別以及數(shù)形遞歸的相關(guān)內(nèi)容，感興趣的小伙伴們可以參考一下!想了解更多相關(guān)信息請持續(xù)關(guān)注我們應(yīng)屆畢業(yè)生考試網(wǎng)!
前言
迭代使用的是循環(huán)（for，while，do...wile）或者迭代器，當(dāng)循環(huán)條件不滿足時(shí)退出。而遞歸，一般是函數(shù)遞歸，可以是自身調(diào)用自身，也可以是非直接調(diào)用，即方法A調(diào)用方法B,而方法B反過來調(diào)用方法A，遞歸退出的條件為if，else語句，當(dāng)條件符合基的時(shí)候退出。
上面是迭代和遞歸的語法特性，他們在Java中有什么不同呢？
一、遞歸
提到迭代，不得不提一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式： n!=n*(n-1)*(n-2)*...*1
有很多方法來計(jì)算階乘。有一定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的人都知道n!=n*(n-1)!因此，代碼的實(shí)現(xiàn)可以直接寫成：
代碼一
int factorial (int n) {
if (n == 1) {
return 1;
} else {
return n*factorial(n-1);
}
}
在執(zhí)行以上代碼的時(shí)候，其實(shí)機(jī)器是要執(zhí)行一系列乘法的： factorial(n) → factorial(n-1) → factorial(n-2) → … → factorial(1) 。所以，需要不斷的跟蹤（跟蹤上次計(jì)算的結(jié)果）并調(diào)用乘法進(jìn)行計(jì)算（構(gòu)建一個(gè)乘法鏈）。這類不斷調(diào)用自身的運(yùn)算形式稱之為遞歸。遞歸可以進(jìn)一步的分為線性遞歸和數(shù)形遞歸。信息量隨著算法的輸入呈線性增長的遞歸稱之為線性遞歸。計(jì)算n!（階乘）就是線性遞歸。因?yàn)殡S著N的增大，計(jì)算所需的時(shí)間呈線性增長。另外一種信息量隨著輸入的增長而進(jìn)行指數(shù)增長的稱之為樹形遞歸。
二、迭代
另外一種計(jì)算n!的方式是：先計(jì)算1乘以2，然后用其結(jié)果乘以3，再用的到的結(jié)果乘以4….一直乘到N。在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)，可以定義一個(gè)計(jì)數(shù)器，每進(jìn)行一次乘法，計(jì)數(shù)器都自增一次，直到計(jì)數(shù)器的值等于N截至。代碼如下：
代碼二
int factorial (int n) {
int product = 1;
for(int i=2; i<n; i++) {
product *= i;
}
return product;
}
和代碼一相比，代碼二沒有構(gòu)建一個(gè)乘法鏈。在進(jìn)行每一步計(jì)算時(shí)，只需要知道當(dāng)前結(jié)果（product）和i的值就可以了。這種計(jì)算形式稱之為迭代。迭代有這樣幾個(gè)條件：1、有一個(gè)有初始值的變量。2、一個(gè)說明變量值如何更新的規(guī)則。3、一個(gè)結(jié)束條件。（循環(huán)三要素：循環(huán)變量、循環(huán)體和循環(huán)終止條件）。和遞歸一樣。時(shí)間要求隨著輸入的增長呈線性的可以叫做線性迭代。
三、迭代 VS 遞歸
比較了兩個(gè)程序，我們可以發(fā)現(xiàn)，他們看起來幾乎相同，特別是其數(shù)學(xué)函數(shù)方面。在計(jì)算n!的時(shí)候，他們的計(jì)算步數(shù)都是和n的值成正比的。但是，如果我們站在程序的角度，考慮他們是如何運(yùn)行的話，那么這兩個(gè)算法就有很大不同了。
（注：原文中關(guān)于其區(qū)別寫的有點(diǎn)扯，這里就不翻譯了，下面是筆者自己總結(jié)內(nèi)容。）
首先分析遞歸，其實(shí)遞歸最大的有點(diǎn)就是把一個(gè)復(fù)雜的算法分解成若干相同的可重復(fù)的步驟。所以，使用遞歸實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)算邏輯往往只需要很短的代碼就能解決，并且這樣的代碼也比較容易理解。但是，遞歸就意味著大量的函數(shù)調(diào)用。函數(shù)調(diào)用的局部狀態(tài)之所以用棧來記錄的。所以，這樣就可能浪費(fèi)大量的空間，如果遞歸太深的話還有可能導(dǎo)致堆棧溢出。
接下來分析迭代。其實(shí)，遞歸都可以用迭代來代替。但是相對于遞歸的簡單易懂，迭代就比較生硬難懂了。尤其是遇到一個(gè)比較復(fù)雜的場景的時(shí)候。但是，代碼的難以理解帶來的有點(diǎn)也比較明顯。迭代的效率比遞歸要高，并且在空間消耗上也比較小。
遞歸中一定有迭代，但是迭代中不一定有遞歸，大部分可以相互轉(zhuǎn)換。
能用迭代的不要用遞歸，遞歸調(diào)用函數(shù)不僅浪費(fèi)空間，如果遞歸太深的話還容易造成堆棧的溢出。
四、數(shù)形遞歸
前面介紹過，樹遞歸隨輸入的增長的信息量呈指數(shù)級增長。比較典型的就是斐波那契數(shù)列：
用文字描述就是斐波那契數(shù)列中前兩個(gè)數(shù)字的和等于第三個(gè)數(shù)字：0,1,1,2,3,5,8,13,21……
遞歸實(shí)現(xiàn)代碼如下：
int fib (int n) {
if (n == 0) {
return 0;
} else if (n == 1) {
return 1;
} else {
return fib(n-1) + fib(n-2);
}
}
計(jì)算過程中，為了計(jì)算fib(5) ，程序要先計(jì)算fib(4) 和 fib(3) ，要想計(jì)算fib(4) ，程序同樣需要先計(jì)算 fib(3) 和 fib(2) 。在這個(gè)過程中計(jì)算了兩次fib(3)。
從上面分析的計(jì)算過程可以得出一個(gè)結(jié)論：使用遞歸實(shí)現(xiàn)斐波那契數(shù)列存在冗余計(jì)算。
就像上面提到的，可以用遞歸的算法一般都能用迭代實(shí)現(xiàn)，斐波那契數(shù)列的計(jì)算也一樣。
int fib (int n) {
int fib = 0;
int a = 1;
for(int i=0; i<n; i++) {
int temp = fib;
fib = fib + a;
a = temp;
}
return fib;
}
雖然使用遞歸的方式會有冗余計(jì)算，可以用迭代來代替。但是這并不表明遞歸可以完全被取代。因?yàn)檫f歸有更好的可讀性。
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