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C# 遞歸函數(shù)詳細介紹及使用方法

2019-11-17 02:22:57
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供稿:網(wǎng)友

C# 遞歸函數(shù)詳細介紹及使用方法

什么是遞歸函數(shù)/方法? 任何一個方法既可以調(diào)用其他方法也可以調(diào)用自己,而當(dāng)這個方法調(diào)用自己時,我們就叫它遞歸函數(shù)或遞歸方法。 通常遞歸有兩個特點: 1. 遞歸方法一直會調(diào)用自己直到某些條件被滿足 2. 遞歸方法會有一些參數(shù),而它會把一些新的參數(shù)值傳遞給自己。 那什么是遞歸函數(shù)?函數(shù)和方法沒有本質(zhì)區(qū)別,但函數(shù)僅在類的內(nèi)部使用。以前C#中只有方法,從.NET 3.5開始才有了匿名函數(shù)。 所以,我們最好叫遞歸方法,而非遞歸函數(shù),本文中將統(tǒng)一稱之為遞歸。 在應(yīng)用程序中為什么要使用遞歸?何時使用遞歸?如何用? “寫任何一個程序可以用賦值和if-then-else語句表示出來,而while語句則可以用賦值、if-then-else和遞歸表示出來。”(出自Ellis Horowitz的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(C語言版)》 - Fundamentals of Data Structure in C) 遞歸解決方案對于復(fù)雜的開發(fā)來說很方便,而且十分強大,但由于頻繁使用調(diào)用棧(call stack)可能會引起性能問題(有些時候性能極差)。

調(diào)用棧圖示 下面我打算介紹一些例子來幫助你更好的理解遞歸的風(fēng)險和回報。 1. 階乘 階乘(!)是小于某個數(shù)的所有正整數(shù)的乘積。 0! = 1 1! = 1 2! = 2 * 1! = 2 3! = 3 * 2! = 6 ... n! = n * (n - 1)! 下面是計算階乘的一種實現(xiàn)方法(沒有遞歸):

public long Factorial(int n) { if (n == 0) return 1; long value = 1; for (int i = n; i > 0; i--) { value *= i; } return value; }

下面是用遞歸的方法實現(xiàn)計算階乘,與之前的代碼比起來它更簡潔。

public long Factorial(int n) { if (n == 0)//限制條件,對該方法調(diào)用自己做了限制 return 1; return n * Factorial(n - 1); }

你知道的,n的階乘實際上是n-1的階乘乘以n,且n>0。 它可以表示成 Factorial(n) = Factorial(n-1) * n 這是方法的返回值,但我們需要一個條件 如果 n=0 返回1。 現(xiàn)在這個程式的邏輯應(yīng)該很清楚了,這樣我們就能夠輕易的理解。2. Fibonacci數(shù)列 Fibonacci數(shù)列是按以下順序排列的數(shù)字: 0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…如果F0 = 0 并且 F1= 1 那么Fn = Fn-1 + Fn-2 下面的方法就是用來計算Fn的(沒有遞歸,性能好)

public long Fib(int n) { if (n < 2) return n; long[] f = new long[n+1]; f[0] = 0; f[1] = 1; for (int i = 2; i <= n; i++) { f[i] = f[i - 1] + f[i - 2]; } return f[n]; }

如果我們使用遞歸方法,這個代碼將更加簡單,但性能很差。

復(fù)制代碼 代碼如下:public long Fib(int n) { if (n == 0 || n == 1) //滿足條件 return n; return Fib(k - 2) + Fib(k - 1); } <STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: medium">3. 布爾組合</SPAN></STRONG>

有時我們需要解決的問題比Fibonacci數(shù)列復(fù)雜很多,例如我們要枚舉所有的布爾變量的組合。換句話說,如果n=3,那么我們必須輸出如下結(jié)果: true, true, true true, true, false true, false, true true, false, false false, true, true false, true, false false, false, true false, false, false如果n很大,且不用遞歸是很難解決這個問題的。

復(fù)制代碼 代碼如下:public void CompositionBooleans(string result, int counter) { if (counter == 0) return; bool[] booleans = new bool[2] { true, false }; for (int j = 0; j < 2; j++) { StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(result); stringBuilder.Append(string.Format("{0} ", booleans[j].ToString())).ToString(); if (counter == 1) Console.WriteLine(stringBuilder.ToString()); CompositionBooleans(stringBuilder.ToString(), counter - 1); } }

現(xiàn)在讓我們來調(diào)用上面這個方法

CompositionBoolean(string.Empty, 3);

Ian Shlasko建議我們這樣使用遞歸

public void BooleanCompositions(int count) { BooleanCompositions(count - 1, "true"); BooleanCompositions(count - 1, "false"); } PRivate void BooleanCompositions(int counter, string partialOutput) { if (counter <= 0) Console.WriteLine(partialOutput); else { BooleanCompositions(counter - 1, partialOutput+ ", true"); BooleanCompositions(counter - 1, partialOutput+ ", false"); } }

4. 獲取內(nèi)部異常 如果你想獲得innerException,那就選擇遞歸方法吧,它很有用。

public Exception GetInnerException(Exception ex) { return (ex.InnerException == null) ? ex : GetInnerException(ex.InnerException); }

為什么要獲得最后一個innerException呢?!這不是本文的主題,我們的主題是如果你想獲得最里面的innerException,你可以靠遞歸方法來完成。 這里的代碼:

return (ex.InnerException == null) ? ex : GetInnerException(ex.InnerException);

與下面的代碼等價

if (ex.InnerException == null)//限制條件 return ex; return GetInnerException(ex.InnerException);//用內(nèi)部異常作為參數(shù)調(diào)用自己

現(xiàn)在,一旦我們獲得了一個異常,我們就能找到最里面的innerException。例如:

try { throw new Exception("This is the exception", new Exception("This is the first inner exception.", new Exception("This is the last inner exception."))); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(GetInnerException(ex).Message); }

我曾經(jīng)想寫關(guān)于匿名遞歸方法的文章,但是我發(fā)覺我的解釋無法超越那篇文章。 5. 查找文件 Proj1我在供你下載的示范項目中使用了遞歸,通過這個項目你可以搜索某個路徑,并獲得當(dāng)前文件夾和其子文件夾中所有文件的路徑。

private Dictionary<string, string> errors = new Dictionary<string, string>(); private List<string> result = new List<string>(); private void SearchForFiles(string path) { try { foreach (string fileName in Directory.GetFiles(path))//Gets all files in the current path { result.Add(fileName); } foreach (string directory in Directory.GetDirectories(path))//Gets all folders in the current path { SearchForFiles(directory);//The methods calls itself with a new parameter, here! } } catch (System.Exception ex) { errors.Add(path, ex.Message);//Stores Error Messages in a dictionary with path in key } }

這個方法似乎不需要滿足任何條件,因為每個目錄如果沒有子目錄,會自動遍歷所有子文件。總結(jié) 我們其實可以用遞推算法來替代遞歸,且性能會更好些,但我們可能需要更多的時間開銷和非遞歸函數(shù)。但關(guān)鍵是我們必須根據(jù)場景選擇最佳實現(xiàn)方式。 James MaCaffrey博士認為盡量不要使用遞歸,除非實在沒有辦法。你可以讀一下他的文章。 我認為: A) 如果性能是非常重要的,請避免使用遞歸 B)如果遞推方式不是很復(fù)雜的,請避免使用遞歸 C) 如果A和B都不滿足,請不要猶豫,用遞歸吧。 例如: 第一節(jié)(階乘):這里用遞推并不復(fù)雜,那么就避免用遞歸。 第二節(jié)(Fibonacci):像這樣的遞歸并不被推薦。 當(dāng)然,我并不是要貶低遞歸的價值,我記得人工智能中的重要一章有個極小化極大算法(Minimax algorithm),全部是用遞歸實現(xiàn)的。


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