C語言中遞歸算法的剖析

時間：2025-09-01 19:58:05 C語言

C語言中遞歸算法的剖析

　　C通過運行時堆棧支持遞歸函數的實現。遞歸函數就是直接或間接調用自身的函數。以下是小編為大家搜索整理的對C語言中遞歸算法的剖析，希望能給大家帶來幫助!更多精彩內容請及時關注我們應屆畢業生考試網!

　　這里有一個簡單的程序，可用于說明遞歸。程序的目的是把一個整數從二進制形式轉換為可打印的字符形式。例如：給出一個值4267，我們需要依次產生字符‘4’，‘2’，‘6’，和‘7’。就如在printf函數中使用了%d格式碼，它就會執行類似處理。

　　我們采用的策略是把這個值反復除以10，并打印各個余數。例如，4267除10的余數是7，但是我們不能直接打印這個余數。我們需要打印的是機器字符集中表示數字‘7’的值。在ASCII碼中，字符‘7’的值是55，所以我們需要在余數上加上48來獲得正確的字符，但是，使用字符常量而不是整型常量可以提高程序的可移植性。‘0’的ASCII碼是48，所以我們用余數加上‘0’，所以有下面的關系：

　　‘0’+ 0 =‘0’

　　‘0’+ 1 =‘1’

　　‘0’+ 2 =‘2’

　　...

　　從這些關系中，我們很容易看出在余數上加上‘0’就可以產生對應字符的代碼。接著就打印出余數。下一步再取商的值，4267/10等于426。然后用這個值重復上述步驟。

　　這種處理方法存在的唯一問題是它產生的數字次序正好相反，它們是逆向打印的。所以在我們的程序中使用遞歸來修正這個問題。

　　我們這個程序中的函數是遞歸性質的,因為它包含了一個對自身的調用。乍一看，函數似乎永遠不會終止。當函數調用時，它將調用自身，第2次調用還將調用自身，以此類推，似乎永遠調用下去。這也是我們在剛接觸遞歸時最想不明白的事情。但是，事實上并不會出現這種情況。

　　這個程序的遞歸實現了某種類型的螺旋狀while循環。while循環在循環體每次執行時必須取得某種進展，逐步迫近循環終止條件。遞歸函數也是如此，它在每次遞歸調用后必須越來越接近某種限制條件。當遞歸函數符合這個限制條件時，它便不在調用自身。

　　在程序中，遞歸函數的限制條件就是變量quotient為零。在每次遞歸調用之前，我們都把quotient除以10，所以每遞歸調用一次，它的值就越來越接近零。當它最終變成零時，遞歸便告終止。

　　/*接受一個整型值(無符號0，把它轉換為字符并打印它，前導零被刪除*/

　　#include

　　int binary_to_ascii( unsigned int value)

　　{

　　unsigned int quotient;

　　quotient = value / 10;

　　if( quotient != 0)

　　binary_to_ascii( quotient);

　　putchar ( value % 10 + '0' );

　　}

　　遞歸是如何幫助我們以正確的順序打印這些字符呢?下面是這個函數的工作流程。

　　1. 將參數值除以10

　　2. 如果quotient的值為非零，調用binary-to-ascii打印quotient當前值的各位數字

　　3. 接著，打印步驟1中除法運算的余數

　　注意在第2個步驟中，我們需要打印的是quotient當前值的各位數字。我們所面臨的問題和最初的問題完全相同，只是變量quotient的值變小了。我們用剛剛編寫的函數(把整數轉換為各個數字字符并打印出來)來解決這個問題。由于quotient的值越來越小，所以遞歸最終會終止。

　　一旦你理解了遞歸，閱讀遞歸函數最容易的方法不是糾纏于它的執行過程，而是相信遞歸函數會順利完成它的任務。如果你的每個步驟正確無誤，你的限制條件設置正確，并且每次調用之后更接近限制條件，遞歸函數總是能正確的完成任務。

　　但是，為了理解遞歸的工作原理，你需要追蹤遞歸調用的執行過程，所以讓我們來進行這項工作。追蹤一個遞歸函數的執行過程的關鍵是理解函數中所聲明的變量是如何存儲的。當函數被調用時，它的變量的空間是創建于運行時堆棧上的。以前調用的函數的變量扔保留在堆棧上，但他們被新函數的變量所掩蓋，因此是不能被訪問的。

　　當遞歸函數調用自身時，情況于是如此。每進行一次新的調用，都將創建一批變量，他們將掩蓋遞歸函數前一次調用所創建的變量。當我追蹤一個遞歸函數的執行過程時，必須把分數不同次調用的變量區分開來，以避免混淆。

　　程序中的函數有兩個變量：參數value和局部變量quotient。下面的一些圖顯示了堆棧的狀態，當前可以訪問的變量位于棧頂。所有其他調用的變量飾以灰色的陰影，表示他們不能被當前正在執行的函數訪問。

　　假定我們以4267這個值調用遞歸函數。當函數剛開始執行時，堆棧的內容如下圖所示：

　　執行除法之后，堆棧的內容如下：

　　接著，if語句判斷出quotient的值非零，所以對該函數執行遞歸調用。當這個函數第二次被調用之初，堆棧的內容如下：

　　堆棧上創建了一批新的變量，隱藏了前面的那批變量，除非當前這次遞歸調用返回，否則他們是不能被訪問的。再次執行除法運算之后，堆棧的內容如下：

　　quotient的值現在為42，仍然非零，所以需要繼續執行遞歸調用，并再創建一批變量。在執行完這次調用的出發運算之后，堆棧的內容如下：

　　此時，quotient的值還是非零，仍然需要執行遞歸調用。在執行除法運算之后，堆棧的內容如下：

　　不算遞歸調用語句本身，到目前為止所執行的語句只是除法運算以及對quotient的值進行測試。由于遞歸調用這些語句重復執行，所以它的效果類似循環：當quotient的值非零時，把它的值作為初始值重新開始循環。但是，遞歸調用將會保存一些信息(這點與循環不同)，也就好是保存在堆棧中的變量值。這些信息很快就會變得非常重要。

　　現在quotient的值變成了零，遞歸函數便不再調用自身，而是開始打印輸出。然后函數返回，并開始銷毀堆棧上的變量值。

　　每次調用putchar得到變量value的最后一個數字，方法是對value進行模10取余運算，其結果是一個0到9之間的整數。把它與字符常量‘0’相加，其結果便是對應于這個數字的ASCII字符，然后把這個字符打印出來。

　　輸出4：

　　接著函數返回，它的變量從堆棧中銷毀。接著，遞歸函數的前一次調用重新繼續執行，她所使用的是自己的變量，他們現在位于堆棧的頂部。因為它的value值是42，所以調用putchar后打印出來的數字是2。

　　輸出42：

　　接著遞歸函數的這次調用也返回，它的變量也被銷毀，此時位于堆棧頂部的是遞歸函數再前一次調用的變量。遞歸調用從這個位置繼續執行，這次打印的數字是6。在這次調用返回之前，堆棧的內容如下：

　　輸出426：

　　現在我們已經展開了整個遞歸過程，并回到該函數最初的調用。這次調用打印出數字7，也就是它的value參數除10的余數。

　　輸出4267：

　　然后，這個遞歸函數就徹底返回到其他函數調用它的地點。

　　如果你把打印出來的字符一個接一個排在一起，出現在打印機或屏幕上，你將看到正確的值：4267

　　漢諾塔問題遞歸算法分析：

　　一個廟里有三個柱子，第一個有64個盤子，從上往下盤子越來越大。要求廟里的老和尚把這64個盤子全部移動到第三個柱子上。移動的時候始終只能小盤子壓著大盤子。而且每次只能移動一個。

　　1、此時老和尚(后面我們叫他第一個和尚)覺得很難，所以他想：要是有一個人能把前63個盤子先移動到第二個柱子上，我再把最后一個盤子直接移動到第三個柱子，再讓那個人把剛才的前63個盤子從第二個柱子上移動到第三個柱子上，我的任務就完成了，簡單。所以他找了比他年輕的和尚(后面我們叫他第二個和尚)，命令：

　�、� 你丫把前63個盤子移動到第二柱子上

　　② 然后我自己把第64個盤子移動到第三個柱子上后

　�、� 你把前63個盤子移動到第三柱子上

　　2、第二個和尚接了任務，也覺得很難，所以他也和第一個和尚一樣想：要是有一個人能把前62個盤子先移動到第三個柱子上，我再把最后一個盤子直接移動到第二個柱子，再讓那個人把剛才的前62個盤子從第三個柱子上移動到第三個柱子上，我的任務就完成了，簡單。所以他也找了比他年輕的和尚(后面我們叫他第三和尚)，命令：

　�、� 你把前62個盤子移動到第三柱子上

　�、� 然后我自己把第63個盤子移動到第二個柱子上后

　�、� 你把前62個盤子移動到第二柱子上

　　3、第三個和尚接了任務，又把移動前61個盤子的任務依葫蘆話瓢的交給了第四個和尚，等等遞推下去，直到把任務交給了第64個和尚為止(估計第64個和尚很郁悶，沒機會也命令下別人，因為到他這里盤子已經只有一個了)。

　　4、到此任務下交完成，到各司其職完成的時候了。完成回推了：

　　第64個和尚移動第1個盤子，把它移開，然后第63個和尚移動他給自己分配的第2個盤子。

　　第64個和尚再把第1個盤子移動到第2個盤子上。到這里第64個和尚的任務完成，第63個和尚完成了第62個和尚交給他的任務的第一步。

　　從上面可以看出，只有第64個和尚的任務完成了，第63個和尚的任務才能完成，只有第2個和尚----第64個和尚的任務完成后，第1個和尚的任務才能完成。這是一個典型的遞歸問題。現在我們以有3個盤子來分析：

　　第1個和尚命令：

　�、� 第2個和尚你先把第一柱子前2個盤子移動到第二柱子。(借助第三個柱子)

　　② 第1個和尚我自己把第一柱子最后的盤子移動到第三柱子。

　　③ 第2個和尚你把前2個盤子從第二柱子移動到第三柱子。

　　很顯然，第二步很容易實現(哎，人總是自私地，把簡單留給自己，困難的給別人)。

　　其中第一步，第2個和尚他有2個盤子，他就命令：

　�、� 第3個和尚你把第一柱子第1個盤子移動到第三柱子。(借助第二柱子)

　�、� 第2個和尚我自己把第一柱子第2個盤子移動到第二柱子上。

　�、� 第3個和尚你把第1個盤子從第三柱子移動到第二柱子。

　　同樣，第二步很容易實現，但第3個和尚他只需要移動1個盤子，所以他也不用在下派任務了。(注意：這就是停止遞歸的條件，也叫邊界值)

　　第三步可以分解為，第2個和尚還是有2個盤子，命令：

　　① 第3個和尚你把第二柱子上的第1個盤子移動到第一柱子。

　�、� 第2個和尚我把第2個盤子從第二柱子移動到第三柱子。

　�、� 第3個和尚你把第一柱子上的盤子移動到第三柱子。

　　分析組合起來就是：1→3 1→2 3→2 借助第三個柱子移動到第二個柱子 |1→3 自私人留給自己的活| 2→1 2→3 1→3借助第一個柱子移動到第三個柱子|共需要七步。

　　如果是4個盤子，則第一個和尚的命令中第1步和第3步各有3個盤子，所以各需要7步，共14步，再加上第1個和尚的1步，所以4個盤子總共需要移動 7+1+7=15步，同樣，5個盤子需要15+1+15=31步，6個盤子需要31+1+31=64步……由此可以知道，移動n個盤子需要(2的n次方)-1步。

　　從上面整體綜合分析可知把n個盤子從1座(相當第一柱子)移到3座(相當第三柱子)：

　　(1)把1座上(n-1)個盤子借助3座移到2座。

　　(2)把1座上第n個盤子移動3座。

　　(3)把2座上(n-1)個盤子借助1座移動3座。

　　下面用hanoi(n,a,b,c)表示把1座n個盤子借助2座移動到3座。

　　很明顯: (1)步上是 hanoi(n-1,1,3,2)

　　(3)步上是 hanoi(n-1,2,1,3)

　　用C語言表示出來，就是：

　　#include

　　int method(int n,char a, char b)

　　{

　　printf("number..%d..form..%c..to..%c.."n",n,a,b);

　　return 0;

　　}

　　int hanoi(int n,char a,char b,char c)

　　{

　　if( n==1 ) move (1,a,c);

　　else

　　{

　　hanoi(n-1,a,c,b);

　　move(n,a,c);

　　hanoi(n-1,b,a,c);

　　};

　　return 0;

　　}

　　int main()

　　{

　　int num;

　　scanf("%d",&num);

　　hanoi(num,'A','B','C');

　　return 0;

　　}

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