本文篇幅较长,倡议认真急躁看完,置信会有极大的播种。
一、最具启发性的汉诺塔问题
1、汉诺塔问题形容
有三根杆子A,B,C。A杆上有 N 个 (N>1) 穿孔圆盘,盘的尺寸由下到上顺次变小。要求按下列规定将所有圆盘移至 C 杆:每次只能挪动一个圆盘;大盘不能叠在小盘下面。
问:起码要挪动多少次?并打印每次挪动的状况。
2、从最后开始
咱们的指标是将1、2、3圆盘从左杆移到右杆上
能够拆解为以下三步
1)(大步)将1、2圆盘从左移到中杆上
2)将3圆盘从左移到右杆上
3)(大步)将1、2圆盘从中移到右杆上
代码如下:
/** * @author Java和算法学习:周一 */public static void leftToRight(int n) { if (n == 1) { // base case System.out.println("Move 1 from left to right"); return; } // 1、1到n-1个圆盘从左到中 leftToMid(n - 1); // 2、从左到右 System.out.println("Move " + n + " from left to right"); // 3、1到n-1个圆盘从中到右 midToRight(n - 1);}
整个左到右办法,你会发现第一大步依赖左到中子办法,第三大步依赖中到右子办法,而后你去补起左到中办法、中到右办法;此时又会发现左到中依赖左到右、右到中办法,中到右依赖中到左、左到右办法……
/** * @author Java和算法学习:周一 */private static void leftToMid(int n) { if (n == 1) { System.out.println("Move 1 from left to mid"); return; } leftToRight(n - 1); System.out.println("Move " + n + " from left to mid"); rightToMid(n - 1);}private static void midToRight(int n) { if (n == 1) { System.out.println("Move 1 from mid to right"); return; } midToLeft(n - 1); System.out.println("Move " + n + " from mid to right"); leftToRight(n - 1);}private static void rightToMid(int n) { if (n == 1) { System.out.println("Move 1 from right to mid"); return; } rightToLeft(n - 1); System.out.println("Move " + n + " from right to mid"); leftToMid(n - 1);}private static void midToLeft(int n) { if (n == 1) { System.out.println("Move 1 from mid to left"); return; } midToRight(n - 1); System.out.println("Move " + n + " from mid to left"); rightToLeft(n - 1);}private static void rightToLeft(int n) { if (n == 1) { System.out.println("Move 1 from right to left"); return; } rightToMid(n - 1); System.out.println("Move " + n + " from right to left"); midToLeft(n - 1);}
最初你会发现左到中、左到右、中到左、中到右、右到左、右到中这6个办法相互依赖实现了汉诺塔问题。
是不是有点神奇,递归有时候是有点玄学,然而只有把子过程想明确,base case写对,就跑进去了(同时,须要有一点宏观思维)。
3、优化
这6个过程,是不是有点麻烦,同时仔细的搭档可能也发现了,这6个办法是及其类似的,那么咱们是不是能够定义from、to、other三个变量,他们都能够示意左、中、右。当我左到右时,from=左、to=右、other=中;当左到中时,from=左、to=中、other=右……是不是就能六合一号召神龙了。
同样拆解为以下三步
1)(大步)将1、2圆盘(即下面n-1个圆盘)从左移到中杆上
2)将3圆盘(即最大的圆盘)从左移到右杆上
3)(大步)将1、2圆盘(即下面n-1个圆盘)从中移到右杆上
/** * 第一次调用function时:from=左、to=右、other=中 * 示意借助other=中,将圆盘从from=左挪动到to=右杆上 * * @author Java和算法学习:周一 * * @param n 总共的圆盘数量 * @param from 起始地位 * @param to 指标地位 * @param other 残余杆子 */public static void function(int n, String from, String to, String other) { if (n == 1) { System.out.println("Move 1 from " + from + " to " + to); return; } // 1.将下面n-1个圆盘从左移到中杆上, // 即起始地位为左,以后from=左;指标地位中,以后other=中 function(n - 1, from, other, to); // 2.将最大的圆盘从左移到右杆上 System.out.println("Move " + n + " from " + from + " to " + to); // 3.将下面n-1个圆盘从中移到右杆上 // 即起始地位为中,以后other=中;指标地位右,以后to=右 function(n - 1, other, to, from);}
这时候,咱们就学会了一个技巧,一个递归函数能够通过减少参数的形式表白更多的可能性,听着跟废话一样,然而当初你再品品。
然而,若没有后面启发性的过程,间接看这个是不是有点难懂;有了启发性的过程,再看是不是恍然大悟。
是不是发现上课时听老师讲汉诺塔时一头雾水,要是老师过后能这么讲相对听的明明白白。此处应有掌声(和点赞)。
零打碎敲,再来看看几个递归过程。
二、打印一个字符串的全副子序列
1、子序列定义
对于字符串"12345",任意取其中0个、1个、2个、3个、4个、5个都是它的子序列,同时绝对程序不能扭转。
对于字符串“123”,咱们能够很容易剖析出以下递归过程
2、代码
/** * @author Java和算法学习:周一 */public static List<String> getAllSubSequences(String s) { char[] str = s.toCharArray(); List<String> answer = new ArrayList<>(); String path = ""; process1(str, 0, answer, path); return answer;}/** * 以后来到了str[index]字符 * str[0..index-1]曾经走过了,之前的抉择都在path上,之前的抉择曾经不能扭转了,就是path。 * 然而str[index....]还能自由选择,把str[index....]所有生成的子序列,放入到answer里 * * @param str 指定的字符串(固定) * @param index 以后所处的地位 * @param answer 之前决策依据产生的答案 * @param path 之前曾经做的抉择 */public static void process1(char[] str, int index, List<String> answer, String path) { // 以后来到了字符串的最初地位,曾经不能再做决策了,answer只能放入之前的决策 if (index == str.length) { answer.add(path); return; } // 以后没有要index地位的字符 process1(str, index + 1, answer, path); // 以后要index地位的字符 process1(str, index + 1, answer, path + str[index]);}
process1办法就是下面剖析进去的递归过程。
三、打印一个字符串的全副子序列,没有反复值
打印一个字符串的全副子序列,要求没有反复字面值的子序列,间接将下面的List换成Set即可去重。
/** * 打印一个字符串的全副子序列,要求没有反复字面值的子序列 * * @author Java和算法学习:周一 */public static Set<String> getAllSubSequencesNoRepeat(String s) { char[] str = s.toCharArray(); Set<String> answer = new HashSet<>(); String path = ""; process2(str, 0, answer, path); return answer;}public static void process2(char[] str, int index, Set<String> answer, String path) { if (index == str.length) { answer.add(path); return; } process2(str, index + 1, answer, path); process2(str, index + 1, answer, path + str[index]);}
四、打印一个字符串的全副全排列
1、全排列定义
所有字符都要,只是程序不同。
2、采纳舍弃增加的形式
(1)递归过程如下
在第一大列抉择a时,造成了一些后果,当我进行第二大列递归时,得把a增加回去,放弃最开始的abc,在第二大列抉择b时进行递归失去的后果才是正确的,对于每一列的每一位抉择都是如此,递归完结后要复原现场。
(2)代码
/** * 1.增加删除的形式 * * @author Java和算法学习:周一 */public static List<String> permutation1(String s) { List<String> answer = new ArrayList<>(); if (s == null || s.length() == 0) { return answer; } ArrayList<Character> strList = new ArrayList<>(); for (char c : s.toCharArray()) { strList.add(c); } String path = ""; process1(strList, path, answer); return answer;}/** * 递归获取全排列 * * @param strList 以后参加抉择的所有字符 * @param path 之前所做的抉择 * @param answer 最终后果 */private static void process1(ArrayList<Character> strList, String path, List<String> answer) { // 以后没有能够抉择的字符了,answer只能放入之前的抉择 if (strList.isEmpty()) { answer.add(path); return; } for (int i = 0; i < strList.size(); i++) { // 以后抉择的字符 char cur = strList.get(i); // 舍弃曾经抉择的字符 strList.remove(i); // 残余字符再进行抉择 process1(strList, path + cur, answer); // 复原现场 strList.add(i, cur); }}
3、始终在原始字符串上以替换的形式进行递归
在第一大列造成后果acb时,如果不复原现场,当我进行第二大列递归时,是从acb开始进行0、1位替换造成cab,和前面的反复了,所以每一步替换递归完结后要复原现场。
(1)递归过程如下
(2)代码
/** * 2.替换的形式 * * @author Java和算法学习:周一 */public static List<String> permutation2(String s) { List<String> answer = new ArrayList<>(); if (s == null || s.length() == 0) { return answer; } char[] str = s.toCharArray(); process2(str, 0, answer); return answer;}/** * 递归获取全排列 * * @param str 以后经验过替换后的字符 * @param index 以后替换到哪个地位了 * @param answer 后果 */private static void process2(char[] str, int index, List<String> answer) { // 以后来到了字符串的最初地位,曾经不能再替换了,answer只能放入之前替换后的字符 if (index == str.length) { answer.add(String.valueOf(str)); return; } // index之前的曾经替换过不能再变了,所以从index往后还能够再替换 for (int i = index; i < str.length; i++) { // index、i地位替换 swap(str, index, i); // index前面的持续替换 process2(str, index + 1, answer); // index、i地位 复原现场 swap(str, index, i); }}
五、打印一个字符串的全副全排列,没有反复值
1、代码
/** * 替换的形式,去重 * * @author Java和算法学习:周一 */public static List<String> permutation3(String s) { List<String> answer = new ArrayList<>(); if (s == null || s.length() == 0) { return answer; } char[] str = s.toCharArray(); process3(str, 0, answer); return answer;}/** * 递归获取全排列,没有反复的字符串 * * @param str 以后经验过替换后的字符 * @param index 以后替换到哪个地位了 * @param answer 后果 */private static void process3(char[] str, int index, List<String> answer) { // 以后来到了字符串的最初地位,曾经不能再替换了,answer只能放入之前替换后的字符 if (index == str.length) { answer.add(String.valueOf(str)); return; } boolean[] visited = new boolean[256]; // index之前的曾经替换过不能再变了,所以从index往后还能够再替换 for (int i = index; i < str.length; i++) { // str[i]地位对应字符没有呈现过才递归替换,否则疏忽 if (!visited[str[i]]) { visited[str[i]] = true; // index、i地位替换 swap(str, index, i); // index前面的持续替换 process3(str, index + 1, answer); // index、i地位 复原现场 swap(str, index, i); } }}
2、为啥咱们不采纳Set的形式来去重?
认真看以上代码,发现没有再用Set的办法来去重,为啥?
因为采纳Set去重,程序会反复的做很多雷同字符的递归操作,将产生的雷同字符串放到Set中由Set去重;而采纳以上形式,对于雷同的字符就不会再反复的递归了,无效缩小了反复分支的递归操作,俗称剪枝。
相当于Set是从后果中过滤去重,而以上形式是在中途的过程就曾经去重了。
六、栈的逆序
给你一个栈,请你逆序这个栈,不能申请额定的数据结构,只能应用递归函数。如何实现?
1、失去栈底元素
(1)代码
/** * 失去栈底元素,残余元素间接下沉 * * 例如,从栈顶到栈底元素为1、2、3、4、5 * 此办法返回5,残余从栈顶到栈底元素为1、2、3、4 * * @author Java和算法学习:周一 */private static int getDown(Stack<Integer> stack) { int result = stack.pop(); if (stack.isEmpty()) { return result; } else { int last = getDown(stack); stack.push(result); return last; }}
(2)过程
2、递归逆序
(1)代码
/** * @author Java和算法学习:周一 */public static void reverse(Stack<Integer> stack) { if (stack.isEmpty()) { return; } int down = getDown(stack); reverse(stack); stack.push(down);}
(2)过程
本文所有代码
Github地址:https://github.com/monday-pro/algorithm-study/tree/master/src/basic/dynamicprogramming/recursion
Gitee地址:https://gitee.com/monday-pro/algorithm-study/tree/master/src/basic/dynamicprogramming/recursion
怎么样,是不是如沐春风般醍醐灌顶。