递归
什么是递归
在讲解递归前,我们首先要知道什么是递归:
递归我们之前是接触过的:
在c语言中我们详细学过递归,数据结构中的快排,二叉树也用到了递归。
简单来说,递归就是函数自己调用自己。
为什么会用到递归
那么为什么会用到递归呢?
举两个例子:
例子一:
在这个二叉树中:我们用前序遍历来遍历这个树:
先访问蓝色节点,然后将这个树分为左子树和右子树:
在左子树中,我们继续根据前序遍历(根左右)进行划分:
依次内推:将这个树不停的划分成:根,左子树,右子树。
我们的主问题是根左右,而子问题也是根左右,子问题的子问题的也是根左右。子问题是相同的。
例子二:
我们复习一下快排:
找一个key,将数组从key位置划分为左右两个部分,让这两个左右部分排序。而让左右两个部分排序,又可以进行划分,在左右两个数组继续用Key进行划分:
依次内推:不停的划分,知道最后不停划分为两个元素后大小就很好比较。
这个例子我们也可以发现主问题是通过key将数组划分为两部分,而子问题也是通过key将数组划分为两部分,子问题的子问题也是通过key将数组划分为两部分。
通过这两个例子,我们想告诉递归的本质:
递归的本质其实就是重复的子问题,也就是说主问题可以划分成一个跟主问题相同的子问题。
如何理解递归
那么如何理解递归?
这里给出两点:
- 递归展开
- 宏观看待递归的过程
想要理解递归,就要画一下递归的展开图,将递归通过展开图展开,会很明显看到递归相关细节:返回条件,如何递归
其次我们要宏观看待一个递归得到过程:
具体分一下几步:
- 不要在意递归的细节展开图
- 把递归的函数当成一个黑盒
- 相信这个黑盒一定能把这件事做好
就比如我们的二叉树后序遍历:
首先我们要通过根节点来进行遍历,黑盒装什么呢?
我们知道后序是:左->右->根
那么我们就坚信dfs(root->left)一定能帮我们实现进行左子树的遍历,dfs(root->right)一定能帮我们实现进行右子树的遍历
这就相当于是我们的黑盒。
但是还要注意一个细节:
为了防止进行死循环,我们要写一个出口(也就是返回条件)
怎样写好递归
有了上面的经验,怎样写好递归就很简单:
- 先找到相同子问题(这就是我们函数头的设计)
- 只关心某一个问题是如何来的(这就涉及到函数体的书写)
- 注意细节:递归函数出口防止死循环
搜索
深度优先/宽度优先
首先要知道什么是深度优先,什么是宽度优先:
深度优先:深度优先就是一条道走到黑,我们也叫DFS,通常用递归实现。
跟二叉树遍历一样,从根开始,一直往下走,知道左子树最后一个节点走完不能再走了就往上走。
宽度优先:宽度就是一层一层的剥开,我们也叫BFS,通常借助队列实现。
就比如还是二叉树遍历,我们一层一层的进行遍历,将每一层遍历出来。
那么深度优先遍历和深度优先搜索又有什么区别呢?
其实遍历和搜索大致是一样的,记住一点:遍历知识形式,就比如二叉树遍历只是根据规则进行遍历,而搜索是遍历里面的值,因此也叫搜索。
关系图
其实搜索也叫暴搜,暴搜顾名思义就是暴力枚举一遍所有的情况。
拓展搜索
其实我们之前学过的全排列就是一个搜索问题。
以123三个数的全排列为例,我们高中就学过,要想枚举出全部的结果,用树状能很清晰的表达出来:
通过树状这样画出来就不会漏解的情况。
这棵树我们也把它叫做决策树。
回溯与剪枝
什么是回溯,什么是剪枝,其实他们两的本质也还是搜索!!!
回溯还是以二叉树遍历为例:
当遍历到左子树的最左节点,他的左子树为空,那么就要返回,而这个返回的过程就是回溯。
以这个迷宫为例子:
第一段红线走到尽头发现走不掉了,往回走的过程就是回溯。
根据暴搜原理,会一直往右走,走到尽头,向上走,走到尽头发现到头了,就往回走,然后往左走,往右走,依次内推。在这个过程中,有一段是没有必要走的路段(没有价值的路段),在本图中是画叉的路段,这个画叉的路段我们就可以舍去,舍去的过程就是剪枝。