【HDU 2013 猴子吃桃子】 尾递归与迭代

时间:2023-03-08 16:56:28

大一时的一道C语言练习题,可作为递归和尾递归转迭代的范例。HDU 2013 http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2013

题意:猴子摘了sum个桃子,从第1天开始,每天吃掉剩余桃子的一半多一个,第n天时只剩1个桃子,求sum值。

分析:设第 i 天在开吃之前所剩的桃子数为sum(i),第 i 天要吃掉的桃子数为f(i),

则问题可表示为:已知sum(n)=1 和如下两个关系式:

  f(i) = sum(i)/2 + 1      (1)

  sum(i+1) = sum(i) - f(i)    (2)

  求sum(1)。

求解:(1)(2)式联立,可得递推式sum(i+1) = 2*sum(i) + 2。加上递归基sum(n)=1,可直接写出如下递归函数:

 int sum(int x){
if(x==n) return ;
return *sum(x+) + ;
}

在主函数中调用sum(1)即可得答案。

上面的递归函数属于尾递归(递归调用在最后一步),可以比较直观地转成迭代形式。只需从递归基出发进行n-1次迭代,即可得到同样的结果。代码如下:

 ans=;
int i=;
while(i++ < n){
ans = *ans + ;
}

这道题的迭代相比递归,省去了n-1层调用栈,空间复杂度从O(n)降到O(1),时间复杂度仍为线性的O(n)。

下面再来看一道尾递归转迭代的问题:Fibonacci数。

递推式 fib(n) = fib(n-1) + fib(n-2),递归基fib(0)=0, fib(1)=1。可写出如下递归函数:

 int fib(int n){
if(n==) return ;
if(n==) return ;
return fib(n-)+fib(n-);
}

通过递归树分析,这一递归版包含了很多的重叠子问题,时间复杂度为O(2n),空间复杂度O(n)。

不过它同样属于尾递归,因而可以较方便地转为迭代版:

 int fibI(int n){
int f=, g=; // fib(0), fib(1)
int i=;
while(i++ < n){
g = g + f; // fib(n) = fib(n-1) + fib(n-2)
f = g - f; // fib(n-1) = fib(n) - fib(n-2)
}
return g; // fib(n)
}

这里的两个变量f, g在每次迭代后都保存相邻两项fibonacci数,二者滚动向前(图片来自MOOC: TsinghuaX: 30240184X 数据结构(2015秋)),直至抵达最终的fib(n)。

【HDU 2013 猴子吃桃子】 尾递归与迭代

此迭代版本只包含一个线性的while循环,因此时间复杂度为O(n),仅用两个变量暂存,故空间复杂度为O(1)。