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趣味数学与编程|猴子吃桃问题的倒推与递归

liebian365 2025-03-11 17:41 5 浏览 0 评论

猴子第一天摘下若干个桃子,当即吃了一半,还不过瘾,又多吃了一个。第二天早上又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10 天早上想再吃时,见只剩下一个桃子了。求第一天共摘了多少?

考虑倒推,有迭代表达式:

peaches = (peaches+1)*2; // 前一天的桃子数与当天桃子数的关系

//除2减1和加1乘2是顺向思考和逆向思考的关系,也就是表达式的一个变换

//int count = peachCount(10);
int peachCount(int days)
{
    int peaches = 1; // 最后一天桃子数
    while(days>1)
    {
        peaches = (peaches+1)*2;
        days--;
    }
    return peaches;
}

考虑递归,有递归表达式:

peachcount(n) =

peachcount(1) = 1 // 最后一天(倒数第1天)

(peachCount(--n)+1)*2 // n>1

code:

// peachCountRecursive(10); // 1534
int peachCountRecursive(int day)
{
    if(day == 1) // 最后一天
        return 1;
    else
        return (peachCountRecursive(--day)+1)*2;
}

对于递归来说,三个概念很重要:

1 子问题的解与规模为n的整体问题的解有相同的表达式(子问题与原问题之间是纵向的, 同类的关系),当规模为n(1)时,有直接解,这就是递归结束条件,也称为递归出口。

2 递归函数的两个阶段(以递归函数内自己调用的语句为基准):递归前进段和递归返回段。前进段形成函数的n次调用(call到基准点),返回段形成形成函数的n次return(基准点到ret,如果是尾递归,直接return)。算法的递推思想可以区分为顺推和逆推两种,与递归思想的两个阶段形成对照关系。

3 递归函数的递推展开和回退收缩,是由编译器隐式维护的一个栈的数据结构来实现的。在递推展开阶段,n次调用形成了n个栈栈帧,在回退收缩阶段,n个栈帧逐个返回(移动EBP和ESP寄存器指针来实现)。栈帧上的数据一方面是函数回退到调用点的需要(记录回退地址),另一方面也是回退阶段使用递归函数参数和局部变量历史值的需要。如果用循环改写非尾递归,需要手工维护一个栈数据结构来记录历史值。

-End-

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