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用递归计算阶乘咋不行呢?

程序员文章站 2022-03-10 19:10:56
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    读《代码大全2》,已经读了一半,喘口气。总结八个字:百科全书,受益匪浅。小到一个赋值语句、一个循环的编写,大到需求分析、架构设计,无所不包,看后 半部分目录,更是扯到了重构、软件工艺、程序员的性格特征这样的话题。恰好手边的工作暂时比较有闲,可以实践下“创建高质量的代码”中的部分建议,晚上读 书,第二天就重构,乐在其中。这一部分中对设计、子程序、类、变量、语句的处理建议,可能你平常已经在这么做,可作者这么精辟地概括出来让人叹服,而有些 地方是你平常绝对很少注意的,特别是在变量和三种常见控制语句的处理上。
  
    说说我认为是缺点的地方,就是作者貌似对函数式语言了解很少,举的例子全部用的是广泛应用的静态语言(c/c++,java,vb)。例如作者有这么一句话:如果为我工作的程序员用递归去计算阶乘,那么我宁愿换人。作者对递归的态度相当谨慎,这在静态命令式语言中显然是正确的,但是在函数式语言中,由于有尾递归优化的存在,递归反而是最自然的形式,况且我打心里认为递归更符合人类思维。请注意,在FP中只有尾递归的程序才是线性迭代的,否则写出来的递归可能是线性递归或者树形递归,两种情况下都可能导致堆栈溢出并且性能较差。

scheme写阶乘:

(define (fac n)
  (if (= 1 n)
      1
      (* n (fac (- n 1)))))
  显然这个版本不是尾递归,计算过程是一个线性递归过程,计算(fac 4)的过程如下:

(* 4 (fac 3))
(* 4  (3 * (fac 2)))
(* 4  (3 * (* 2 (fac 1))))
(* 4  (3 * (* 2 1)))
(* 4  (3 * 2))
(* 4 6)
24
    因为解释器是采用应用序求值,需要将表达式完全展开,然后依次求值,在这个过程中,解释器内部需要保存一条长长的推迟计算的轨迹。
改写成一个尾递归版本:


(define (fac n)
  (define (fac-iter product n)
    (if (= 1 n)
        product
        (fac-iter (* n product) (- n 1))))
  (fac-iter 1 n))

 我们来看看它的计算过程:


(fac-iter 1 4)
(fac-iter 4 3)
(fac-iter 12 2)
(fac-iter 24 1)
24


可以看到,在这个过程中,解释器不需要保存计算轨迹,迭代的中间结果通过product变量来保存,这是一个线性迭代的计算过程。
最后再看一个斐波拉契数列的例子:


(define (fib n)
  (cond ((= n 0) 0)
            ((= n 1) 1)
            (else
                 (+ (fib (- n 1))  (fib (- n 2))))))
  这个计算过程展开是一个树形递归的过程(为什么说是树形?展开下计算过程就知道),改写为线性迭代:
(define (fib n)
  (define (fib-iter a b count)
     (if (= count 0)
         b
         (fib-iter (+ a b) a (- count 1))))
   (fib-iter 1 0 n))
 
     上述的内容在sicp第一章里有更详细和深入的讨论。