Python入门篇-递归函数Recursion

　　　　　　　　　　　　Python入门篇-递归函数（recursion）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：尹正杰

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一.递归概述

　　（1）函数直接或者间接调用自身就是递归；

　　（2）递归需要有边界，递归前进段，递归返回段；

　　（3）递归一定要有边界条件；

　　（4）当边界条件不满足的时候，递归前进；
　　
　　（5）当边界条件满足的时候，递归返回；

二.递归案例

 #！/usr/bin/env python
 #_*_coding:utf-8_*_
 #@author :yinzhengjie
 #blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/python%E8%87%AA%E5%8A%A8%E5%8C%96%E8%BF%90%E7%BB%B4%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 #EMAIL:y1053419035@qq.com

 import sys

 print("默认的递归调用次数限制0是：{} 次".format(sys.getrecursionlimit()))

 sys.setrecursionlimit(20000)    #我们修改默认的递归调用次数

 print("当前递归调用次数限制是：{} 次".format(sys.getrecursionlimit()))
 """
 递归要求：
     递归一定要有退出条件，递归调用一定要执行到这个退出条件。没有退出条件的递归调用，就是无限调用。
     递归调用的深度不宜过深：
         Python对递归调用的深度做了限制，以保护解释器
         超过递归深度限制，抛出："RecursionError： maxinum recursion depth exceeded" 即超过了最大递归深度
         sys.getrecursionlimit()
 """

 """
     斐波拉契数字推理公式：F(0)=0, F(1)=1, F(n)=F(n-1)+F(n-2)
 """
 def fib(n):
     return 1 if n < 2 else fib(n-1) + fib(n-2)

 for i in range(20):
     print(fib(i), end=' ')

 #以上代码执行结果如下:
 默认的递归调用次数限制0是：1000 次
 当前递归调用次数限制是：20000 次
 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181 6765 

三.递归的性能

1>.使用for循环打印斐波拉契前35个数字

 #！/usr/bin/env python
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 import datetime

 start = datetime.datetime.now()

 pre = 0

 cur = 1 # No1

 print(pre, cur, end=' ')

 n = 35

 for i in range(n-1):
     pre, cur = cur, pre + cur
     print(cur, end=' ')

 delta = (datetime.datetime.now() - start).total_seconds()

 print("\n递归调用打印斐波拉契钱35个数字的时间为：{}".format(delta))

 #以上代码直接结果如下:
 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181 6765 10946 17711 28657 46368 75025 121393 196418 317811 514229 832040 1346269 2178309 3524578 5702887 9227465
 递归调用打印斐波拉契钱35个数字的时间为：0.0

2>.使用递归方式打印斐波拉契前35个数字

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 import datetime

 n = 35

 start = datetime.datetime.now()

 def fib(n):
     return 1 if n < 2 else fib(n-1) + fib(n-2)

 for i in range(n):
     print(fib(i), end=' ')

 delta = (datetime.datetime.now() -start).total_seconds()

 print("\n递归调用打印斐波拉契钱35个数字的时间为：{}".format(delta))

 #以上代码直接结果如下:
 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181 6765 10946 17711 28657 46368 75025 121393 196418 317811 514229 832040 1346269 2178309 3524578 5702887 9227465
 递归调用打印斐波拉契钱35个数字的时间为：5.93134

3>.递归优化方案 

　　循环稍微复杂一些，但是只要不是死循环，可以多次迭代直至算出结果

　　fib函数代码极简易懂，但是只能获取到最外层的函数调用，内部递归都是中间结果。而且给定一个n都要进行2n次递归，深度月神，效率月底。为了获取斐波那契数列需要外面在套一个n次的循环，效率就更低了。

　　递归还有深度限制，如果递归复杂，函数反复压栈，栈内存很快就溢出了

　　思考：这个极简的递归代码能否提高性能呢？下面是优化后的代码，效率有明显的提示，代码如下所示：

#！/usr/bin/env python
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import datetime

start = datetime.datetime.now()

pre = 0

cur = 1 # No1

print(pre, cur, end=' ')

"""
    改进后的fib函数和循环的思想类似
    参数n是边界条件，用n来计算
    上一次的结果直接作为参数的实参
    效率很高
    和循环比较，性能相近。所以并不是说递归一定效率低下。但是递归有深度限制。
"""
def fib(n, pre=0,cur=1): # recursion
    pre, cur = cur, pre + cur
    print(cur, end=' ')
    if n == 2:
        return
    fib(n-1, pre, cur)

fib(35)

delta = (datetime.datetime.now() -start).total_seconds()

print("\n递归调用打印斐波拉契钱35个数字的时间为：{}".format(delta))

#以上代码直接结果如下:
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597 2584 4181 6765 10946 17711 28657 46368 75025 121393 196418 317811 514229 832040 1346269 2178309 3524578 5702887 9227465
递归调用打印斐波拉契钱35个数字的时间为：0.0

4>.间接递归

#！/usr/bin/env python
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def foo():
    bar()

def bar():
    foo()

"""
        我们这里看起来只是调用foo函数，但是进入foo函数中的函数体中我们发现调用bar函数，进入bar函数中的函数体中我们发现它
    又再次调用foo函数。因此我们执行该代码后会发现跑出来异常：“RecursionError: maximum recursion depth exceeded”.
        这就形成了间接递归，是通过别的函数调用了函数自身。但是，如果构成了循环递归调用是非常危险的，但是往往这种情况在代码
    复杂的情况下，还是可能发生这种调用。要用代码的规范来避免这种递归调用的发生。
"""
foo()      

5>.递归总结

    （1）递归是一种很自然的表达，符合逻辑思维
    （2）递归相对运行效率低，每一次调用函数都要开辟栈帧
    （3）递归有深度限制，如果递归层次太深，函数反复压栈，栈内存很快就溢出了
    （4）如果有限次数的递归，可以使用递归调用，或者使用循环代替，循环代码稍微复杂一些，但是只要不是死循环，可以多次迭代直至算出结果
    （5）绝大多数递归，都可以使用循环实现
    （6）即使递归代码很简洁，但是能不用则不用递归

四.递归练习

1>.求N的阶乘

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def fac(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * fac(n-1)

N = 5

print("{} 的阶乘为：{}".format(N,fac(N)))

#以上代码执行结果如下:
5 的阶乘为：120

解法一（推荐使用这种方法，该函数性能最佳，因为时间复杂度是相同的，该解法最简单）

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def fac(n,p = 1):
    if n == 1:
        return p
    p *= n
    # print(p)
    return fac(n - 1,p)

N = 5

print("{} 的阶乘为：{}".format(N,fac(N)))

#以上代码执行结果如下:
5 的阶乘为：120

解法二

#！/usr/bin/env python
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def fac(n,p = None):
   if p is None:
       p = [1]
   if n == 1:
       return p[0]

   p[0] *= n
   return fac(n - 1,p)

N = 5

print("{} 的阶乘为：{}".format(N,fac(N)))

#以上代码执行结果如下:
5 的阶乘为：120

解法三

2>.将一个数逆序放入列表中，例如：1234=>【4,3,2,1】

#！/usr/bin/env python
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data = str(1234)

def revert(x):
    if x == -1:
        return ""
    return data[x] + revert(x -1)

print(revert(len(data) - 1))

#以上代码执行结果如下:
4321

解法一

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def revert(n,list_1 = None):
    if list_1 is None:
        list_1 = []
    x,y = divmod(n,10)
    list_1.append(y)

    if x == 0:
        return list_1
    return revert(x,list_1)

print(revert(12345))

#以上代码执行结果如下:
[5, 4, 3, 2, 1]

解法二

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num = 1234

def revert(num,target=[]):
    if num:
        target.append(num[len(num) - 1])    #等效于target.append(num[-1:])
        revert(num[:len(num) - 1])
    return target

print(revert(str(num)))

#以上代码执行结果如下:
['', '', '', '']

解法三

3>.解决猴子吃桃问题

    猴子第一天摘下若干个桃子，当即吃了一半，还不过瘾，又吃了一个。第二天早上有将剩下的桃子吃掉一半，又多吃了一个。以后每天早上都吃了前一天剩下的一半零一个。到第十天早上想吃时，只剩下一个桃子了。求第一天共摘了多少个桃子。

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def peach(days = 10):
    if days == 1:
        return 1
    return (peach(days - 1) + 1) * 2

print(peach())

#以上代码执行结果如下:
1534

解法一

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def peach(days = 1):
    if days == 10:
        return 1
    return (peach(days + 1) + 1) * 2

print("第一天共摘了{}个桃子".format(peach()))

#以上代码执行结果如下:
第一天共摘了1534个桃子

解法二

4>.把字典扁平化

源字典 =  {'a':{'b':,'c':}, 'd':{'e':,'f':{'g':}}}

目标字典 = {'a.c':,'d.e':,'d.f.g':,'a.b':}

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 source = {'a':{'b':1,'c':2},'d':{'e':3,'f':{'g':4}}}

 target = {}

 def flatmap(src,prefix=''):
     for k,v in src.items():
         if isinstance(v,(list,tuple,set,dict)):
             flatmap(v,prefix=prefix + k + '.')      #递归调用
         else:
             target[prefix + k] = v

 flatmap(source)

 print(target)

 #以上代码输出结果如下：
 {'a.b': 1, 'a.c': 2, 'd.e': 3, 'd.f.g': 4}

解法一

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 source = {'a':{'b':1,'c':2},'d':{'e':3,'f':{'g':4}}}

 def flatmap(src,dest=None,prefix=''):
     if dest == None:
         dest = {}
     for k,v in src.items():
         if isinstance(v,(list,tuple,set,dict)):
             flatmap(v,dest,prefix=prefix + k + '.')      #递归调用
         else:
             dest[prefix + k] = v

     return dest

 target = flatmap(source)

 print(target)

 #以上代码输出结果如下：
 {'a.b': 1, 'a.c': 2, 'd.e': 3, 'd.f.g': 4}

解法二

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 source = {'a':{'b':1,'c':2},'d':{'e':3,'f':{'g':4}}}

 def flatmap(src,dest=None,prefix=''):
     def _flatmap(src,dest=None,prefix=''):
         for k,v in src.items():
             key = prefix + k
             if isinstance(v,(list,tuple,set,dict)):
                 _flatmap(v,dest,key + ".")              #递归调用
             else:
                 dest[key] = v
     dest = {}
     _flatmap(src,dest)
     return dest

 target = flatmap(source)

 print(target)

 #以上代码输出结果如下：
 {'a.b': 1, 'a.c': 2, 'd.e': 3, 'd.f.g': 4}

解法三

5>.求2个字符串的最长公共子串

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 def findit(str1,str2):
     count = 0
     length = len(str1)

     for sublen in range(length,0,-1):
         for start in range(0,length - sublen +1):
             substr = str1[start:start + sublen]
             count += 1
             if str2.find(substr) > -1:
                 print("count={},substrlen={}0".format(count,sublen))
                 return substr

 s1 = "abcdefg"
 s2 = "defabcdoabcdeftw"
 s3 = "1234a"

 print(findit(s1,s2))
 print(findit(s1,s3))

 #以上代码输出结果如下:
 count=2,substrlen=60
 abcdef
 count=22,substrlen=10
 a

参考案例