• C# 递归函数详细介绍及使用方法


    什么是递归函数/方法?
    任何一个方法既可以调用其他方法也可以调用自己,而当这个方法调用自己时,我们就叫它递归函数或递归方法。

    通常递归有两个特点
    1. 递归方法一直会调用自己直到某些条件被满足
    2. 递归方法会有一些参数,而它会把一些新的参数值传递给自己。
    那什么是递归函数?函数和方法没有本质区别,但函数仅在类的内部使用。以前C#中只有方法,从.NET 3.5开始才有了匿名函数。

    所以,我们最好叫递归方法,而非递归函数,本文中将统一称之为递归。

    在应用程序中为什么要使用递归?何时使用递归?如何用?
    “写任何一个程序可以用赋值和if-then-else语句表示出来,而while语句则可以用赋值、if-then-else和递归表示出来。”(出自Ellis Horowitz的《数据结构基础(C语言版)》 - Fundamentals of Data Structure in C)
    递归解决方案对于复杂的开发来说很方便,而且十分强大,但由于频繁使用调用栈(call stack)可能会引起性能问题(有些时候性能极差)。 

    调用栈图示
    下面我打算介绍一些例子来帮助你更好的理解递归的风险和回报。
    1. 阶乘
    阶乘(!)是小于某个数的所有正整数的乘积。
    0! = 1
    1! = 1
    2! = 2 * 1! = 2
    3! = 3 * 2! = 6
    ...
    n! = n * (n - 1)!
    下面是计算阶乘的一种实现方法(没有递归): 


    public long Factorial(int n)
    {
    if (n == 0)
    return 1;
    long value = 1;
    for (int i = n; i > 0; i--)
    {
    value *= i;
    }
    return value;
    }


    下面是用递归的方法实现计算阶乘,与之前的代码比起来它更简洁。 


    public long Factorial(int n)
    {
    if (n == 0)//限制条件,对该方法调用自己做了限制
    return 1;
    return n * Factorial(n - 1);
    }


    你知道的,n的阶乘实际上是n-1的阶乘乘以n,且n>0。
    它可以表示成 Factorial(n) = Factorial(n-1) * n
    这是方法的返回值,但我们需要一个条件
    如果 n=0 返回1。
    现在这个程式的逻辑应该很清楚了,这样我们就能够轻易的理解。

    2. Fibonacci数列
    Fibonacci数列是按以下顺序排列的数字:
    0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,…如果F0 = 0 并且 F1= 1 那么Fn = Fn-1 + Fn-2
    下面的方法就是用来计算Fn的(没有递归,性能好) 


    public long Fib(int n)
    {
    if (n < 2)
    return n;
    long[] f = new long[n+1];
    f[0] = 0;
    f[1] = 1;
    for (int i = 2; i <= n; i++)
    {
    f[i] = f[i - 1] + f[i - 2];
    }
    return f[n];
    }


    如果我们使用递归方法,这个代码将更加简单,但性能很差。

    复制代码 代码如下:

    public long Fib(int n)
    {
    if (n == 0 || n == 1) //满足条件
    return n;
    return Fib(k - 2) + Fib(k - 1);
    }
    <STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: medium">3. 布尔组合</SPAN></STRONG>


    有时我们需要解决的问题比Fibonacci数列复杂很多,例如我们要枚举所有的布尔变量的组合。换句话说,如果n=3,那么我们必须输出如下结果:
    true, true, true
    true, true, false
    true, false, true
    true, false, false
    false, true, true
    false, true, false
    false, false, true
    false, false, false如果n很大,且不用递归是很难解决这个问题的。

    复制代码 代码如下:

    public void CompositionBooleans(string result, int counter)
    {
    if (counter == 0)
    return;
    bool[] booleans = new bool[2] { true, false };
    for (int j = 0; j < 2; j++)
    {
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(result);
    stringBuilder.Append(string.Format("{0} ", booleans[j].ToString())).ToString();
    if (counter == 1)
    Console.WriteLine(stringBuilder.ToString());
    CompositionBooleans(stringBuilder.ToString(), counter - 1);
    }
    }


    现在让我们来调用上面这个方法: 


    CompositionBoolean(string.Empty, 3);


    Ian Shlasko建议我们这样使用递归: 


    public void BooleanCompositions(int count)
    {
    BooleanCompositions(count - 1, "true");
    BooleanCompositions(count - 1, "false");
    }
    private void BooleanCompositions(int counter, string partialOutput)
    {
    if (counter <= 0)
    Console.WriteLine(partialOutput);
    else
    {
    BooleanCompositions(counter - 1, partialOutput+ ", true");
    BooleanCompositions(counter - 1, partialOutput+ ", false");
    }
    }


    4. 获取内部异常
    如果你想获得innerException,那就选择递归方法吧,它很有用。 


    public Exception GetInnerException(Exception ex)
    {
    return (ex.InnerException == null) ? ex : GetInnerException(ex.InnerException);
    }


    为什么要获得最后一个innerException呢?!这不是本文的主题,我们的主题是如果你想获得最里面的innerException,你可以靠递归方法来完成。
    这里的代码: 


    return (ex.InnerException == null) ? ex : GetInnerException(ex.InnerException);


    与下面的代码等价 


    if (ex.InnerException == null)//限制条件
    return ex;
    return GetInnerException(ex.InnerException);//用内部异常作为参数调用自己


    现在,一旦我们获得了一个异常,我们就能找到最里面的innerException。例如: 

    try
    {
    throw new Exception("This is the exception",
    new Exception("This is the first inner exception.",
    new Exception("This is the last inner exception.")));
    }
    catch (Exception ex)
    {
    Console.WriteLine(GetInnerException(ex).Message);
    }


    我曾经想写关于匿名递归方法的文章,但是我发觉我的解释无法超越那篇文章。
    5. 查找文件
    Proj1
    我在供你下载的示范项目中使用了递归,通过这个项目你可以搜索某个路径,并获得当前文件夹和其子文件夹中所有文件的路径。 


    private Dictionary<string, string> errors = new Dictionary<string, string>();
    private List<string> result = new List<string>();
    private void SearchForFiles(string path)
    {
    try
    {
    foreach (string fileName in Directory.GetFiles(path))//Gets all files in the current path
    {
    result.Add(fileName);
    }
    foreach (string directory in Directory.GetDirectories(path))//Gets all folders in the current path
    {
    SearchForFiles(directory);//The methods calls itself with a new parameter, here!
    }
    }
    catch (System.Exception ex)
    {
    errors.Add(path, ex.Message);//Stores Error Messages in a dictionary with path in key
    }
    }


    这个方法似乎不需要满足任何条件,因为每个目录如果没有子目录,会自动遍历所有子文件。

    总结
    我们其实可以用递推算法来替代递归,且性能会更好些,但我们可能需要更多的时间开销和非递归函数。但关键是我们必须根据场景选择最佳实现方式。

    James MaCaffrey博士认为尽量不要使用递归,除非实在没有办法。你可以读一下他的文章。
    我认为
    A) 如果性能是非常重要的,请避免使用递归
    B)如果递推方式不是很复杂的,请避免使用递归
    C) 如果A和B都不满足,请不要犹豫,用递归吧。
    例如
    第一节(阶乘):这里用递推并不复杂,那么就避免用递归。
    第二节(Fibonacci):像这样的递归并不被推荐。
    当然,我并不是要贬低递归的价值,我记得人工智能中的重要一章有个极小化极大算法(Minimax algorithm),全部是用递归实现的。 

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