一个函数在它的函数体内调用它自身,称为递归调用。这种函数称为递归函数。C语言允许函数的递归调用。在递归调用中,主调函数又是被调函数。执行递归函数将反复调用其自身,每调用一次,就进入新的一层。
例如,有函数f如下:
intf(intx)
{ inty;
z=f(y);
returnz;
}
这个函数是一个递归函数。但是运行该函数将无休止地调用其自身,这当然是不正确的。为了防止递归调用无休止地进行,必须在函数内有终止递归调用的手段。常用的办法是加条件判断,满足某种条件后就不再做递归调用,然后逐层返回。下面举例说明递归调用的执行过程。
【例8.5】用递归法计算n!。
用递归法计算n!可用下述公式表示:
n!=1 (n=0,1)
n×(n-1)! (n>1)
按公式可编程如下:
longff(intn)
{ longf;
if(n<0)printf("n<0,inputerror");
elseif(n==0‖n==1)f=1;
elsef=ff(n-1)*n;
return(f);
}
main()
{ intn;
longy;
printf("\ninputainteagernumber:\n");
scanf("%d",&n);
y=ff(n);
printf("%d!=%ld",n,y);
}
程序中给出的函数ff是一个递归函数。主函数调用ff后即进入函数ff执行,如果n<0, n==0或n=1时都将结束函数的执行,否则就递归调用ff函数自身。由于每次递归调用的实参为n-1,即把n-1的值赋予形参n,最后当n-1的值为1时再做递归调用,形参n的值也为1,将使递归终止。然后可逐层退回。
下面再举例说明该过程。设执行本程序时输入为5,即求5!。主函数中的调用语句即为y=ff(5),进入ff函数后,由于n=5,不等于0或1,故应执行f=ff(n-1)*n,即f=ff(5-1)*5。该语句对ff做递归调用,即ff(4)。
进行四次递归调用后,ff函数形参取得的值变为1,故不再继续递归调用而开始逐层返回主调函数。ff(1)的函数返回值为1,ff(2)的返回值为1*2=2,ff(3)的返回值为2*3=6, ff(4)的返回值为6*4=24,最后返回值ff(5)为24*5=120。
例8.5也可以不用递归的方法来完成。如可以用递推法,即从1开始乘以2,再乘以3,…,直到n。递推法比递归法更容易理解和实现,但是有些问题则只能用递归算法才能实现。典型的问题是Hanoi塔问题。
【例8.6】Hanoi塔问题。
一块板上有三根针,A,B,C。A针上套有64个大小不等的圆盘,大的在下,小的在上,如图8-2所示。要把这64个圆盘从A针移动C针上,每次只能移动一个圆盘,移动可以借助B针进行。但在任何时候,任何针上的圆盘都必须保持大盘在下,小盘在上。求移动的步骤。
本题算法分析如下,设A上有n个盘子。
如果n=1,则将圆盘从A直接移动到C。
如果n=2,则:
(1)将A上的n-1(等于1)个圆盘移到B上;
(2)再将A上的一个圆盘移到C上;
图8-2
(3)最后将B上的n-1(等于1)个圆盘移到C上。
如果n=3,则:
①将A上的n-1(等于2,令其为n')个圆盘移到B(借助于C),步骤如下:
a.将A上的n'-1(等于1)个圆盘移到C上。
b.将A上的一个圆盘移到B。
c.将C上的n'-1(等于1)个圆盘移到B。
②将A上的一个圆盘移到C。
③将B上的n-1(等于2,令其为n')个圆盘移到C(借助A),步骤如下:
a.将B上的n'-1(等于1)个圆盘移到A。
b.将B上的一个盘子移到C。
c.将A上的n'-1(等于1)个圆盘移到C。
到此,完成了三个圆盘的移动过程。
从上面的分析可以看出,当n大于等于2时,移动的过程可分解为三个步骤:
第一步:把A上的n-1个圆盘移到B上;
第二步:把A上的一个圆盘移到C上;
第三步:把B上的n-1个圆盘移到C上。
其中第一步和第三步是类同的。
当n=3时,第一步和第三步又分解为类同的三步,即把n'-1个圆盘从一个针移到另一个针上,这里的n'=n-1。显然这是一个递归过程,据此算法可编程如下:
move(intn,intx,inty,intz)
{ if(n==1)
printf("%c-->%c\n",x,z);
else
{ move(n-1,x,z,y);
printf("%c-->%c\n",x,z);
move(n-1,y,x,z);
}
}
main()
{ inth;printf("\ninputnumber:\n");
scanf("%d",&h);
printf("thesteptomoving%2ddiskes:\n",h);
m ove(h,'a','b','c');
}
从程序中可以看出,move函数是一个递归函数,它有四个形参:n,x,y,z。n表示圆盘数,x,y,z分别表示三根针。move函数的功能是把x上的n个圆盘移动到z上。当n==1时,直接把x上的圆盘移至z上,输出x→z。如n!=1,则分为三步:递归调用move函数,把n-1个圆盘从x移到y;输出x→z;递归调用move函数,把n-1个圆盘从y移到z。在递归调用过程中,n=n-1,故n的值逐次递减,最后n=1时,终止递归,逐层返回。当n=4时,程序运行的结果为:
inputnumber:
4
thesteptomoving4diskes:
a→b
a→c
b→c
a→b
c→a
c→b
a→b
a→c
b→c
b→a
c→a
b→c
a→b
a→c
b→c
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