Add comparison between iteration and recursion.

Fix the figure of tail recursion.
Fix two links.
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krahets
2023-09-12 00:56:59 +08:00
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commit 5f814d6538
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@ -525,14 +525,16 @@
[class]{}-[func]{tailRecur}
```
两种递归的过程对比如下图所示。
递归的执行过程如下图所示。对比普通递归和尾递归,求和操作的执行点是不同的。
- **普通递归**:求和操作是在“归”的过程中执行的,每层返回后都要再执行一次求和操作。
- **尾递归**:求和操作是在“递”的过程中执行的,“归”的过程只需层层返回。
![尾递归过程](iteration_and_recursion.assets/tail_recursion_sum.png)
请注意许多编译器或解释器并不支持尾递归优化。例如Python 默认不支持尾递归优化,因此即使函数是尾递归形式,但仍然可能会遇到栈溢出问题。
!!! tip
请注意许多编译器或解释器并不支持尾递归优化。例如Python 默认不支持尾递归优化,因此即使函数是尾递归形式,但仍然可能会遇到栈溢出问题。
### 递归树
@ -629,3 +631,108 @@
- 从算法角度看,搜索、排序、回溯、分治、动态规划等许多重要算法策略都直接或间接地应用这种思维方式。
- 从数据结构角度看,递归天然适合处理链表、树和图的相关问题,因为它们非常适合用分治思想进行分析。
## 两者对比
总结以上内容,如下表所示,迭代和递归在实现、性能和适用性上有所不同。
<p align="center"> 表 <id> &nbsp; 迭代与递归特点对比 </p>
| | 迭代 | 递归 |
| -------- | -------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
| 实现方式 | 循环结构 | 函数调用自身 |
| 时间效率 | 效率通常较高,无函数调用开销 | 每次函数调用都会产生开销 |
| 内存使用 | 通常使用固定大小的内存空间 | 累积函数调用可能使用大量的栈帧空间 |
| 适用问题 | 适用于简单循环任务,代码直观、可读性好 | 适用于子问题分解,如树、图、分治、回溯等,代码结构简洁、清晰 |
!!! tip
如果感觉以下内容理解困难,可以在读完“栈”章节后再来复习。
那么,迭代和递归具有什么内在联系呢?以上述的递归函数为例,求和操作在递归的“归”阶段进行。这意味着最初被调用的函数实际上是最后完成其求和操作的,**这种工作机制与栈的“先入后出”原则是异曲同工的**。
事实上,“调用栈”和“栈帧空间”这类递归术语已经暗示了递归与栈之间的密切关系。
1. **递**:当函数被调用时,系统会在“调用栈”上为该函数分配新的栈帧,用于存储函数的局部变量、参数、返回地址等数据。
2. **归**:当函数完成执行并返回时,对应的栈帧会从“调用栈”上被移除,恢复之前函数的执行环境。
因此,**我们可以使用一个显式的栈来模拟调用栈的行为**,从而将递归转化为迭代形式:
=== "Python"
```python title="recursion.py"
[class]{}-[func]{for_loop_recur}
```
=== "C++"
```cpp title="recursion.cpp"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "Java"
```java title="recursion.java"
[class]{recursion}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "C#"
```csharp title="recursion.cs"
[class]{recursion}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "Go"
```go title="recursion.go"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "Swift"
```swift title="recursion.swift"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "JS"
```javascript title="recursion.js"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "TS"
```typescript title="recursion.ts"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "Dart"
```dart title="recursion.dart"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "Rust"
```rust title="recursion.rs"
[class]{}-[func]{for_loop_recur}
```
=== "C"
```c title="recursion.c"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
=== "Zig"
```zig title="recursion.zig"
[class]{}-[func]{forLoopRecur}
```
观察以上代码,当递归被转换为迭代后,代码变得更加复杂了。尽管迭代和递归在很多情况下可以互相转换,但也不一定值得这样做,有以下两点原因。
- 转化后的代码可能更加难以理解,可读性更差。
- 对于某些复杂问题,模拟系统调用栈的行为可能非常困难。
总之,**选择迭代还是递归取决于特定问题的性质**。在编程实践中,权衡两者的优劣并根据情境选择合适的方法是至关重要的。