C語言初學者入門講座第十講函數(3)

2019-11-17 05:42:04

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　　函數的遞歸調用

　　一個函數在它的函數體內調用它自身稱為遞歸調用。這種函數稱為遞歸函數。C語言答應函數的遞歸調用。在遞歸調用中，主調函數又是被調函數。執行遞歸函數將反復調用其自身。每調用一次就進入新的一層。例如有函數f如下：

int f (int x)
{
int y;
z=f(y);
return z;
}

　　這個函數是一個遞歸函數。但是運行該函數將無休止地調用其自身，這當然是不正確的。為了防止遞歸調用無終止地進行，必須在函數內有終止遞歸調用的手段。常用的辦法是加條件判定，滿足某種條件后就不再作遞歸調用，然后逐層返回。下面舉例說明遞歸調用的執行過程。

　　[例5.9]用遞歸法計算n!用遞歸法計算n!可用下述公式表示：

n!=1 (n=0,1)
n×(n-1)! (n>1)
按公式可編程如下：
long ff(int n)
{
long f;
if(n<0) PRintf("n<0,input error");
else if(n==0n==1) f=1;
else f=ff(n-1)*n;
return(f);
}
main()
{
int n;
long y;
printf("/ninput a inteager number:/n");
scanf("%d",&n);
y=ff(n);
printf("%d!=%ld",n,y);
}
long ff(int n)
{ ……
else f=ff(n-1)*n;
……
}
main()
{ ……
y=ff(n);
……
}

　　程序中給出的函數ff是一個遞歸函數。主函數調用ff 后即進入函數ff執行，假如n<0,n==0或n=1時都將結束函數的執行，否則就遞歸調用ff函數自身。由于每次遞歸調用的實參為n-1，即把n-1 的值賦予形參n，最后當n-1的值為1時再作遞歸調用，形參n的值也為1，將使遞歸終止。然后可逐層退回。下面我們再舉例說明該過程。設執行本程序時輸入為5，即求 5!。在主函數中的調用語句即為y=ff(5)，進入ff函數后，由于n=5,不等于0或1，故應執行f=ff(n-1)*n,即f=ff(5-1)*5。該語句對ff作遞歸調用即ff(4)。逐次遞歸展開如圖5.3所示。進行四次遞歸調用后，ff函數形參取得的值變為1，故不再繼續遞歸調用而開始逐層返回主調函數。ff(1)的函數返回值為1，ff(2)的返回值為1*2=2，ff(3)的返回值為2*3=6，ff(4) 的返回值為6*4=24，最后返回值ff(5)為24*5=120。

　　例5. 9也可以不用遞歸的方法來完成。如可以用遞推法，即從1開始乘以2，再乘以3…直到n。遞推法比遞歸法更輕易理解和實現。但是有些問題則只能用遞歸算法才能實現。典型的問題是Hanoi塔問題。
　　
　　[例5.10]Hanoi塔問題

　　一塊板上有三根針，A，B，C。A針上套有64個大小不等的圓盤，大的在下，小的在上。如圖5.4所示。要把這64個圓盤從A針移動C針上，每次只能移動一個圓盤，移動可以借助B針進行。但在任何時候，任何針上的圓盤都必須保持大盤在下，小盤在上。求移動的步驟。

　　本題算法分析如下，設A上有n個盤子。

　　假如n=1，則將圓盤從A直接移動到C。

　　假如n=2，則：

　　1.將A上的n-1(等于1)個圓盤移到B上；

　　2.再將A上的一個圓盤移到C上；

　　3.最后將B上的n-1(等于1)個圓盤移到C上。

　　假如n=3，則：

　　A. 將A上的n-1(等于2，令其為n`)個圓盤移到B(借助于C)，

　　步驟如下：

　　(1)將A上的n`-1(等于1)個圓盤移到C上，見圖5.5(b)。

　　(2)將A上的一個圓盤移到B，見圖5.5(c)

　　(3)將C上的n`-1(等于1)個圓盤移到B，見圖5.5(d)

　　B. 將A上的一個圓盤移到C，見圖5.5(e)

　　C. 將B上的n-1(等于2，令其為n`)個圓盤移到C(借助A)，

　　步驟如下：

　　(1)將B上的n`-1(等于1)個圓盤移到A，見圖5.5(f)

　　(2)將B上的一個盤子移到C，見圖5.5(g)

　　(3)將A上的n`-1(等于1)個圓盤移到C，見圖5.5(h)。

　　到此，完成了三個圓盤的移動過程。

　　從上面分析可以看出，當n大于等于2時，移動的過程可分解為三個步驟：

　　第一步把A上的n-1個圓盤移到B上；

　　第二步把A上的一個圓盤移到C上；

　　第三步把B上的n-1個圓盤移到C上；其中第一步和第三步是類同的。

　　當n=3時，第一步和第三步又分解為類同的三步，即把n`-1個圓盤從一個針移到另一個針上，這里的n`=n-1。顯然這是一個遞歸過
程，據此算法可編程如下：

move(int n,int x,int y,int z)
{
if(n==1)
printf("%c-->%c/n",x,z);
else
{
move(n-1,x,z,y);
printf("%c-->%c/n",x,z);
move(n-1,y,x,z);
}
}
main()
{
int h;
printf("/ninput number:/n");
scanf("%d",&h);
printf("the step to moving %2d diskes:/n",h);
move(h,'a','b','c');
}
move(int n,int x,int y,int z)
{
if(n==1)
printf("%-->%c/n",x,z);
else
{
move(n-1,x,z,y);
printf("%c-->%c/n",x,z);
move(n-1,y,x,z);
}
}
main()
{ ……
move(h,'a','b','c');
}

　　從程序中可以看出,move函數是一個遞歸函數，它有四個形參n,x,y,z。n表示圓盤數，x,y,z分別表示三根針。move 函數的功能是把x上的n個圓盤移動到z 上。當n==1時，直接把x上的圓盤移至z上，輸出x→z。如n!=1則分為三步：遞歸調用move函數，把n-1個圓盤從x移到y；輸出x→z；遞歸調用move函數，把n-1個圓盤從y移到z。在遞歸調用過程中n=n-1，故n的值逐次遞減，最后n=1時，終止遞歸，逐層返回。當n=4 時程序運行的結果為

input number:
4
the step to moving 4 diskes:
a→b
a→c
b→c
a→b
c→a
c→b
a→b
a→c
b→c
b→a
c→a
b→c
a→b
a→c
b→c

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