算法中的递归分析和分治法的原理


分析递归算法三种方法替换法、迭代法、通用法(master method)作用:分析递归算法的运行时间分治算法将一个问题分解为与原问题相似但规模更小的若干子问题,递归地解这些子问题,然后将这些子问题的解结合起来构成原问题的解。这种方法在每层递归上均包括三个步骤:divide(分解):将问题划分为若干个子问题conquer(求解):递归地解这些子问题;若子问题Size足够小,则直接解决之Combine(组合):将子问题的解组合成原问题的解其中的第二步很关键:递归调用或直接求解 (递归终结条件),且有的算法“分解”容易,有的则“组合”容易分治法举例:归并排序①分解:把n个待排序元素划分为两个Size为n/2的子序列②求解:递归调用归并排序将这两个子序列排序,若子序列长度为1时,已自然有序,无需做任何事情(直接求解)③组合:将这两个已排序的子序列合并为一个有序的序列显然,分解容易(一分为二),组合难。快速排序刚刚分析过了,快速排序是枢轴记录划分,也就是分解难,但是组合易。 A[1…k-1] ≤ A[k] ≤ A[k+1…n]分治算法分析设T(n)是Size为n的执行时间,若Size足够小,如n ≤ C (常数),则直接求解的时间为(1)①设完成划分的时间为D(n)②设分解时,划分为a个子问题,每个子问题为原问题的1/b,则解各子问题的时间为aT(n/b)③设组合时间C(n)一般地,递归的求解划分,而解递归式时可忽略细节①假定函数参数为整数,如②边界条件可忽免费云主机域名略,当n较小时,T(n)=(1)因为这些细节一般只影响常数因子的大小,不改变量级。求解时,先忽略细节,然后再决定其是否重要!分析的方法替换法猜测解,用数学归纳法确定常数C,证明解正确,关键步骤是用猜测的解代入到递归式中。做出好的猜测(没有一般方法,只能凭经验)①与见过的解类似,则猜测之。②先证较宽松的上、下界,减小猜测范围。细节修正有时猜测解是正确的,但数学归纳法却不能直接证明其细节,这是因为数学归纳法不是强大到足以证明其细节。这时可从猜测解中减去一个低阶项以使数学归纳法得以满足避免陷阱与求和式的数学归纳法类似,证明时渐近记号的使用易产生错误。变量变换有时改动变量能使未知递归式变为熟悉的式子。例如:迭代法展开:无须猜测,展开递归式,使其成为仅依赖于n和边界条件的和式,然后用求和方法定界。需要关注:1、达到边界条件所需的迭代次数2、迭代过程中的和式。若在迭代过程中已估计出解的形式,亦可用替换法3、当递归式中包含floor和ceiling函数时,常假定参数n为一个整数次幂,以简化问题。递归树使展开过程直观化例: T(n)=2T(n/2)+n^2 (不妨设n=2k)The master method(通用法,万能法)可迅速求解T(n)=aT(n/b)+f(n) //常数a ≥1, b>1, f(n)渐近正意义:将Size为n的问题划分为a个子问题,每个子问题Size为n/b。每个子问题的时间为T(n/b),划分和combine的时间为f(n)。注意:n/b不一定为整数,应为n/b或n/b,不会影响渐近界。关于递归和循环的理解与比较递归通俗的说就是一个函数调用函数自己(本身),这个调用过程叫递归,递归是一把双刃剑(有时方便,有时不好),新航道雅思培训如果需要处理重复的需要多次计算的问题,通常可以选择用递归或者循环两种方式,但是递归的执行效率不如循环语句。注意:必须设置终止递归的条件检测,否则慎用。首先,main函数用参数1调用递归函数,递归函数形参n=1,打印语句level1……然后,n
以此类推,当执行到第四级调用,n=4,if失效,不再调用函数,而是执行了第二句打印,先输出LEVEL4……此时第四级调用结束,控制权返回给了主调函数,也就是第三级主调函数,此函数中上一句是if语句,已经执行完毕,然后继续执行第二句打印语句,输出LEVEL3……第三级调用结束,返回控制权给调用函数(也就是第二级主调函数),然后第二级函数开始继续执行,以此类推,打印LEVEL2,1……递归的基本原理每一级递归都使用自己这一级的私有变量n,同级调用时的地址和返回的地址是一样的。好好揣摩!这是函数自己在一层层的往深度调用自己,然后一层层的往回返,每到一层,就继续执行接下来的语句(故调用开始的地址和返回的地址一样),而每一级递归都是用自己的局部变量。也就是第一级的n不同于第二级的n,这样子,函数逐步调用然后逐步返回直到main函数里。递归函数里,递归语句之前的语句和各级被调的递归函数执行顺序一致,而递归语句之后的语句和被调的递归函数执行顺序相反(这一特点针对涉及反向顺序的编程问题很有用)递归函数必须包含可以终止的条件,因为递归可以替代循环,故必须有终止尾递归最简单的递归:递归语句放到函数末尾,恰在return语句前,叫做tail recursion(尾递归),因为出现在函数尾部,作用相当于一条循环语句。注意:整型范围,32位机器,int类型最大到21多亿,再大的话,就要用long long或者double类型,一般来说,选择循环比较好些,递归每次调用都要有自己的变量集合,占据内存大,每次都要存储新的变量集合到堆栈,这样速度慢,但是递归(最简单的是尾递归)比较简单。一些情况还是要用。

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