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  • 【algorithm】尾递归

    尾递归和一般的递归不同在对内存的占用,普通递归创建stack累积而后计算收缩,尾递归只会占用恒量的内存(和迭代一样)。SICP中描述了一个内存占用曲线,用以上答案中的Python代码为例(普通递归):

    def recsum(x):
      if x == 1:
        return x
      else:
        return x + recsum(x - 1)

    当调用recsum(5),Python调试器中发生如下状况:

    recsum(5)
    5 + recsum(4)
    5 + (4 + recsum(3))
    5 + (4 + (3 + recsum(2)))
    5 + (4 + (3 + (2 + recsum(1))))
    5 + (4 + (3 + (2 + 1)))
    5 + (4 + (3 + 3))
    5 + (4 + 6)
    5 + 10
    15
    这个曲线就代表内存占用大小的峰值,从左到右,达到顶峰,再从右到左收缩。而我们通常不希望这样的事情发生,所以使用迭代,只占据常量stack space(更新这个栈!而非扩展他)。
    ---------------------
    (一个替代方案:迭代
    for i in range(6):
      sum += i
    
    因为Python,Java,Pascal等等无法在语言中实现尾递归优化(Tail Call Optimization, TCO),所以采用了for, while, goto等特殊结构代替recursive的表述。Scheme则不需要这样曲折地表达,一旦写成尾递归形式,就可以进行尾递归优化。
    ---------------------
    Python中可以写(尾递归):
    def tailrecsum(x, running_total=0):
      if x == 0:
        return running_total
      else:
        return tailrecsum(x - 1, running_total + x)
    理论上类似上面:
    tailrecsum(5, 0)
    tailrecsum(4, 5)
    tailrecsum(3, 9)
    tailrecsum(2, 12)
    tailrecsum(1, 14)
    tailrecsum(0, 15)
    15
    
    观察到,tailrecsum(x, y)中形式变量y的实际变量值是不断更新的,对比普通递归就很清楚,后者每个recsum()调用中y值不变,仅在层级上加深。所以,尾递归是把变化的参数传递给递归函数的变量了
    怎么写尾递归?形式上只要最后一个return语句是单纯函数就可以。如:
    return tailrec(x+1);
    
    return tailrec(x+1) + x;
    
    则不可以。因为无法更新tailrec()函数内的实际变量,只是新建一个栈。

    但Python不能尾递归优化(Java不行,C可以,我不知道为什么),这里是用它做个例子。
    ====================================

    如何优化尾递归
    在编译器处理过程中生成中间代码(通常是三地址代码),用编译器优化。
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