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JavaScript的遞歸之遞歸與循環(huán)示例介紹

 更新時(shí)間:2013年08月05日 17:09:28   作者:  
對(duì)于不同類型的需要重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題,循環(huán)和遞歸兩種方法各有所長(zhǎng),能給出更直觀簡(jiǎn)單的方案,下面為大家詳細(xì)的介紹下JavaScript的遞歸與循環(huán),感興趣的朋友可以了解下
遞歸與循環(huán)

對(duì)于不同類型的需要重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題,循環(huán)和遞歸兩種方法各有所長(zhǎng),能給出更直觀簡(jiǎn)單的方案。另一方面,循環(huán)和遞歸的方法可以互相轉(zhuǎn)換。任何一個(gè)循環(huán)的代碼都可以用遞歸改寫,實(shí)現(xiàn)相同的功能;反之亦然。在不失去其普遍性的前提下,可以把循環(huán)和遞歸分別用下列偽代碼概括。

偽代碼格式說(shuō)明:循環(huán)采用while形式;變量不加定義;賦值用:=;條件表達(dá)式和執(zhí)行的語(yǔ)句都寫成函數(shù)的形式,圓括號(hào)內(nèi)寫上相關(guān)的值。其他語(yǔ)法方面,盡量接近Javascript的規(guī)范。
復(fù)制代碼 代碼如下:

//pseudo code of a loop
//while形式
function loop(arguments){
//結(jié)果的初始值
result:=initial_value;

while(condition(variable, arguments)){//循環(huán)條件,可能只需arguments,也可能為了方便引入循環(huán)變量
//計(jì)算結(jié)果。參數(shù)包括之前的結(jié)果、當(dāng)前循環(huán)變量和外部變量
result:=calculate(result, variable, extern_variables);
//影響函數(shù)的外部環(huán)境,即修改外部變量
changeStatus(result, variable, extern_variables);
//執(zhí)行完循環(huán)體中的語(yǔ)句后,修改參數(shù)或循環(huán)變量。
modify_arguments_variable(arguments, variable);
}
//返回結(jié)果
return result;
}

同樣我們給出遞歸函數(shù)的偽代碼。
復(fù)制代碼 代碼如下:

//pseudo code of a recursion
function recursion(arguments){
//以下代碼為控制函數(shù)重復(fù)調(diào)用的結(jié)構(gòu)部分。
//獲得再次調(diào)用此函數(shù)的新的參數(shù),可能為多組arguments值。
//對(duì)應(yīng)于循環(huán)中的condition(variable, arguments)和modify_arguments_variable(arguments, variable)。
new_arguments:=conditional_get_next(arguments);
//對(duì)新參數(shù)的每一組,調(diào)用函數(shù)自身。
results:=recursion(new_arguments);

//以下的代碼為每次調(diào)用都運(yùn)行的功能部分
//計(jì)算結(jié)果。涉及到之前的結(jié)果、當(dāng)前循環(huán)變量和外部變量。
//對(duì)應(yīng)于循環(huán)中的result:=calculate(result, variable, extern_variables)。
result:=calculate(arguments, extern_variables);
result:=combine(result, results);
//影響函數(shù)的外部環(huán)境,即修改外部變量
changeStatus(result, arguments, extern_variables);
return result;
}

籍比較兩段代碼,可以看出循環(huán)和遞歸具有相似的構(gòu)成,通過(guò)改變順序和適當(dāng)?shù)淖儞Q,任何循環(huán)都可以用遞歸的方式實(shí)現(xiàn)。程序簡(jiǎn)單時(shí),這種轉(zhuǎn)換很容易看出。比如下面這個(gè)簡(jiǎn)單的累計(jì)求和函數(shù):
復(fù)制代碼 代碼如下:

//loop
function sum(num){
var result=1;
while (num>1){
result+=num;
num--;
}
return result;
}

對(duì)應(yīng)的遞歸形式:

復(fù)制代碼 代碼如下:

//recursion
function sum2(num){
if (num>1){
return num+sum(num-1);
}else{
return 1;
}
}

反之,大部分遞歸程序也可以直接由循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面是求最大公約數(shù)的循環(huán)形式的函數(shù)。
復(fù)制代碼 代碼如下:

function gcd2(a, b){
var temp;
if (a<b){
temp=a;
a=b;
b=temp;
}
var c=a%b;
while (c!==0){
a=b;
b=c;
c=a%b;
}
return b;
}

不過(guò),從遞歸到循環(huán)的轉(zhuǎn)換并不是都這么容易。遞歸偽代碼中的產(chǎn)生再次調(diào)用此函數(shù)的新參數(shù)部分

new_arguments:=conditional_get_next(arguments);

較之循環(huán)的對(duì)應(yīng)部分更為靈活。可以按照新產(chǎn)生的參數(shù)組數(shù)(函數(shù)需要的所有參數(shù)為一組)將遞歸分為兩類。第一類為參數(shù)組數(shù)固定,該遞歸可以轉(zhuǎn)換為循環(huán),比如斐波那契數(shù)列和最大公約數(shù)的例子;第二類為參數(shù)組數(shù)不確定——就像在遍歷一個(gè)圖或樹(shù)的時(shí)候那樣,每個(gè)點(diǎn)有任意個(gè)相鄰的點(diǎn)——該遞歸不能直接轉(zhuǎn)換為循環(huán)。

因?yàn)檠h(huán)只能做一維的重復(fù),而遞歸可以遍歷二維的結(jié)構(gòu)。比如一棵樹(shù)中,一個(gè)節(jié)點(diǎn)既有它的子節(jié)點(diǎn),也有同級(jí)的節(jié)點(diǎn),簡(jiǎn)單的一維循環(huán)不能夠在兩個(gè)方向上遍歷。

但是如果我們?cè)谘h(huán)中借助某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記住有關(guān)節(jié)點(diǎn)位置的一些信息,第二類遞歸也可以用循環(huán)實(shí)現(xiàn)。

我們?cè)偻ㄟ^(guò)一個(gè)例子來(lái)實(shí)踐上面觀察得出的結(jié)論。HTML5為Document和Element新定義了一個(gè)方法getElementsByClassName(names),返回具有給定class值的所有elements。包括Firefox3在內(nèi)的一些瀏覽器已經(jīng)支持該方法。下面我們先用遞歸的方法給出一個(gè)功能較弱的版本,然后再用循環(huán)的方法重寫它。
復(fù)制代碼 代碼如下:

var getElementsByClass={};

//elem為一個(gè)HTMLElement
//name為單個(gè)class名
//返回包含elem下所有class屬性包含給定名稱的element的數(shù)組
getElementsByClass.recursion1=function (elem, name){
var list=[];
function getElements(el){
if (el.className.split(' ').indexOf(name)>-1){
list.push(el);
}
for (var i=0, c=el.children; i<c.length; i++){
getElements(c[i]);
}
}
getElements(elem);
return list;
}

如前所述,在循環(huán)中為了記住節(jié)點(diǎn)的位置信息,我們需要一個(gè)能實(shí)現(xiàn)以下方法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

push(object) //寫入一個(gè)對(duì)象。

objectpop() //讀出最近寫入的一個(gè)對(duì)象,并將其從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中刪除。

objectget() //讀出最近寫入的一個(gè)對(duì)象,不改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。

堆棧正是這樣一個(gè)后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Javascript中的Array對(duì)象支持前兩種方法,我們?cè)跒槠湓黾拥谌齻€(gè)方法即可。

采用循環(huán)的版本:
復(fù)制代碼 代碼如下:

getElementsByClass.loop1 = function(elem, name){
//use a js array as the basis of a needed stack
var stack = [];
stack.get = function(){
return stack[stack.length - 1];
}

var list = [];
//the business logic part. put the eligible element to the list.
function testElem(el){
if (el.className.split(' ').indexOf(name) > -1) {
list.push(el);
}
}
//check the root element
testElem(elem);
//initialize the stack
stack.push({
pointer: elem,
num: 0
});
var parent, num, el;
while (true) {
parent = stack.get();
el = parent.pointer.children[parent.num];
if (el) {//enter a deeper layer of the tree
testElem(el);
stack.push({
pointer: el,
num: 0
});
}
else {//return to the upper layer
if (stack.pop().pointer === elem) {
break;
}
else {
stack.get().num += 1;
}
}
}

return list;
}

歸納起來(lái)。所有循環(huán)都可以用遞歸實(shí)現(xiàn);所有遞歸都可以用循環(huán)實(shí)現(xiàn)。采用哪種方法,由具體問(wèn)題下哪種思路更方便直觀和使用者的喜好決定。

效率

性能方面,遞歸不比循環(huán)有優(yōu)勢(shì)。除了多次函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷,在某些情況下,遞歸還會(huì)帶來(lái)不必要的重復(fù)計(jì)算。以計(jì)算斐波那契數(shù)列的遞歸程序?yàn)槔?。求第n項(xiàng)A(n)時(shí),從第n-2項(xiàng)起,每一項(xiàng)都被重復(fù)計(jì)算。項(xiàng)數(shù)越小,重復(fù)的次數(shù)越多。令B(i)為第i項(xiàng)被計(jì)算的次數(shù),則有

B(i)=1; i=n, n-1

B(i)=B(i+1)+B(i+2); i<n-1

這樣,B(i)形成了一個(gè)有趣的逆的斐波那契數(shù)列。求A(n)時(shí)有:

B(i)=A(n+1-i)

換一個(gè)角度來(lái)看,令C(i)為求A(i)時(shí)需要的加法的次數(shù),則有

C(i)=0; i=0, 1

C(i)=1+C(i-1)+C(i-1); i>1

令D(i)=C(i)+1,有

D(i)=1; i=0, 1

D(i)=D(i-1)+D(i-1)

所以D(i)又形成一個(gè)斐波那契數(shù)列。并可因此得出:

C(n)=A(n+1)-1

而A(n)是以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng),這種多余的重復(fù)在n較大時(shí)會(huì)變得十分驚人。與之相對(duì)應(yīng)的采用循環(huán)的程序,有

B(n)=1; n為任意值

C(n)=0; n=0, 1

C(n)=n-1; n>1

因而當(dāng)n較大時(shí),前面給出的采用循環(huán)的程序會(huì)比采用遞歸的程序快很多。

如上一節(jié)中的循環(huán)一樣,遞歸中的這個(gè)缺陷也是可以彌補(bǔ)的。我們只需要記住已經(jīng)計(jì)算出來(lái)的項(xiàng),求較高項(xiàng)時(shí),就可以直接讀取以前的項(xiàng)。這種技術(shù)在遞歸中很普遍,被稱為“存儲(chǔ)”(memorization)。

下面是采用存儲(chǔ)技術(shù)的求斐波那契數(shù)列的遞歸算法。
復(fù)制代碼 代碼如下:

//recursion with memorization
function fibonacci4(n){
var memory = []; //used to store each calculated item
function calc(n){
var result, p, q;
if (n < 2) {
memory[n] = n;
return n;
}
else {
p = memory[n - 1] ? memory[n - 1] : calc(n - 1);
q = memory[n - 2] ? memory[n - 2] : calc(n - 2);
result = p + q;
memory[n] = result;
return result;
}
}
return calc(n);
}

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