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wzjs 2025/7/19 15:50:02

长春网站排名,关键词在线听免费,给个网站免费的,网站建设小程序定制开发专栏：算法的魔法世界个人主页：手握风云目录一、递归二、例题讲解 2.1. 汉诺塔问题 2.2. 合并两个有序链表 2.3. 反转链表 2.4. 两两交换链表中的节点 2.5. Pow(x, n) 三、总结一、递归递归的概念一个方法在执行过程中调用自身, 就称为递…

专栏：算法的魔法世界

个人主页：手握风云

一、递归

二、例题讲解

2.1. 汉诺塔问题

2.2. 合并两个有序链表

2.3. 反转链表

2.4. 两两交换链表中的节点

2.5. Pow(x, n)

三、总结

一、递归

递归的概念

一个方法在执行过程中调用自身, 就称为递归。比如前面讲到过的二叉树的前序遍历、快速排序、归并排序。二叉树的前序遍历是按照“根结点、左子树、右子树”的顺序进行遍历，当遍历到一个孩子结点时，又可以看作是一棵新的二叉树，再按照上面的顺序遍历，遇到空则返回；快速排序的思路是，随机选取一个基准值，比基准值小的放到左边，比基准值大的放到右边，然后左边再按照这个过程继续排序，右边也按照这个过程继续排序；归并排序的实录是选取中点值作为基准，将数组划分为两块进行排序，当数组被划分为只有一个元素时，进行合并排序。

递归的本质

递归是将主问题划分为解决方法相同的子问题，而子问题又可以划分为解决方法相同的子问题。当我们在解决子问题的时候就依然可以调用该方法来实现。

宏观的视角看待递归

这里我们不必在意递归的细节展开图，否则学起来会非常痛苦的。我们把递归的方法当成一个黑盒，只在乎它返回给我们的结果，不去在意这个过程是如何执行的。我们以二叉树的前序遍历为例：我们只需要把根结点传入黑盒中，打印根结点的值；再去遍历左子树，把左孩子结点传入PreOrder方法里面；再去遍历右子树，把右孩子结点传入PreOrder方法里面。我们不必在意那些细节是如何执行的，只需要每一层是如何操作的。当叶子结点的左孩子结点或者右孩子结点为空，就不能再分割成下一个子问题了，此时就是递归方法的出口了。

public void PreOrder(TreeNode root){if(root == null){return;}System.out.print(root.val+" ");PreOrder(root.left);PreOrder(root.right);
}

如何写好一个递归

1.先找到相同的子问题（重点）！这里涉及到递归方法的方法头设计与子问题的设计是相同的。2.只关心某一个子问题是如何执行的，有关方法体的书写。3.注意递归方法的出口。

二、例题讲解

2.1. 汉诺塔问题

我们先来模拟一下示例1的过程：先将A中的0移动到C上，再将A中的1移动B上，然后将C中的0移动到B上，接着将A的2移动到C上，再把B中的0移动到A上，继续将B中的1移动到C上，最后把0移动到C上。

我们首先要搞懂为什么汉诺塔可以用递归来解决？我们先来看N=1的情况，就可以直接将盘子移动到C上；当N=2时，先利用B进行辅助，将0移动到B上，再将1移动到C上，最后将0移动到C上；当N=3时，把最上面两个的0和1先转移到C上，过程可以参照N=2的过程，再将2转移到C上，B上的两个盘子按照第一步的过程转移到C上；而当N=4时，我们也可以把最上面的3个先转移到B上，再将最大的盘子移到C上，最后将B上的盘子移动到C上。

编写递归代码：1.先写出方法的头，该方法的过程都是先将A上的盘子借助B转移到C上，所以我们就可以写作；2.方法体的书写，先将最上面的n-1个盘子转移到B上，接着将最大的盘子转移到C上，最后再把B上的盘子转移到C上；最后确定一下递归的出口，当n=1时，与其他过程不一样，直接把A上的盘子放到C上，不需要借助B。

//方法头
private void dfs(List A,List B,List C,int n);

//方法体的书写
dfs(A,C,B,n-1);
C.add(A.remove(A.size() - 1));
dfs(B,A,C,n-1);

完整代码实现：

class Solution {public void hanota(List<Integer> A, List<Integer> B, List<Integer> C) {dfs(A, B, C, A.size());}private void dfs(List<Integer> a, List<Integer> b, List<Integer> c, int n) {if (n == 1) {c.add(a.remove(a.size() - 1));return;}dfs(a, c, b, n - 1);c.add(a.remove(a.size() - 1));dfs(b, a, c, n - 1);}
}

2.2. 合并两个有序链表

我们在数据结构里面已经讲过：先创建一个傀儡结点当作新链表的头结点，然后利用双指针遍历两个链表，结点值小的放在傀儡结点之后，同时指针向后移动，同时还得需要一个tmp引用永远指向新链表的尾结点，这样方便构建新的链表。

本次我们将以递归的方式来完成这道题。我们还是利用双指针的做法，这里我们不创建傀儡结点，直接以两个链表较小的结点值作为新链表的头结点，然后以两个链表剩下的部分再继续进行合并两个有序链表的操作。递归的过程：先比较结点值的大小，结点值小的结点接入新链表中，同时指针向后移动。当两个指针都为空时，递归结束。

完整代码实现：

/*** Definition for singly-linked list.* public class ListNode {*     int val;*     ListNode next;*     ListNode() {}*     ListNode(int val) { this.val = val; }*     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }* }*/
class Solution {public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {if(list1 == null) return list2;if(list2 == null) return list1;if(list1.val >= list2.val){list2.next = mergeTwoLists(list1,list2.next);return list2;}else {list1.next =  mergeTwoLists(list1.next,list2);return list1;}}
}

2.3. 反转链表

我们在数据结构的部分也分析过这道题：先将链表的头节点置为空，然后将剩下的结点以头插的方式进行反转。

宏观视角：我们先思考如何将前两个结点进行反转，将head.next.next的引用指向head，再将head.next置为空，但这样后面的结点会丢失，所以这种做法不可取。如果我们先将头结点后面的部分进行反转，然后再将反转后的尾结点连上反转前的头节点即可。

将链表看作一棵树：我们将链表看作一棵只有一个叶子结点的树形结构，先对二叉树进行深度遍历，直到遍历到最后的空结点，然后返回尾结点作为新链表的头结点，然后再返回。当返回上一个结点时，将结点5的next指向4，将结点4的next置为空，因为这样就可以也将结点1的next也同样置为空。这样当我们返回到结点1时，既可以将前面的部分反转，也可以将结点1置为空。

完整代码实现：

/*** Definition for singly-linked list.* public class ListNode {*     int val;*     ListNode next;*     ListNode() {}*     ListNode(int val) { this.val = val; }*     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }* }*/
class Solution {public ListNode reverseList(ListNode head) {if(head == null || head.next == null) return head;ListNode newHead = reverseList(head.next);head.next.next = head;head.next = null;return newHead;}
}

2.4. 两两交换链表中的节点

利用上一题的思路，也可以利用宏观视角，传入头结点，直接利用给定的方法当作递归的方法头，先交换前两个结点，后面的看作是一个整体，具体怎么交换我们不关心，只需要相信swapPairs方法一定能够交换。将后面以交换的部分与前两个已经交换的结点连起来，就能得到最终结果。我们先让结点2的next指向结点1，再让结点1的next指向结点4，就可以完成前两个结点交换，并且逆置后的引用也会指向后面剩余的结点。当结点为空时，就是递归的出口。

完整代码实现：

/*** Definition for singly-linked list.* public class ListNode {*     int val;*     ListNode next;*     ListNode() {}*     ListNode(int val) { this.val = val; }*     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }* }*/
class Solution {public ListNode swapPairs(ListNode head) {if(head == null || head.next == null) return head;ListNode tmp = swapPairs(head.next.next);ListNode ret = head.next;ret.next = head;head.next = tmp;return ret;}
}

2.5. Pow(x, n)

这道题要让我们实现快速幂的算法。比如我们要求 $3^{16}$ ，如果利用循环，就需要将3累乘16次，但如果我们采取递归的思路，先将 $3^{16}$ 拆成 $3^{8}$ 与 $3^{8}$ 相乘，再将 $3^{8}$ 拆成 $3^{4}$ 与 $3^{4}$ ……直到将其拆分为1。递归的方法头，也就是题目当中所给的myPow方法，每一个子问题是要求tmp = myPow(x,n/2)。如果n是偶数，就直接返回tmp*tmp；如果n是奇数，最后还得再乘一个x。如果n=0，直接返回1，同时也是递归的出口。如果n是负数，我们只需返回它的倒数即可。

完整代码实现：

class Solution {public double myPow(double x, int n) {return n < 0 ? 1 / pow(x, -n) : pow(x, n);}public double pow(double x, int n) {if (n == 0) return 1.0;double tmp = pow(x, n / 2);return n % 2 == 0 ? tmp * tmp : tmp * tmp * x;}
}