经典算法题每日演练——第三题 猴子吃桃

猴子第一天摘下若干个桃子，当即吃了一半，还不过瘾就多吃了一个。第二天早上又将剩下的桃子吃了一半，还是不过瘾又多吃了一个。以后每天都吃前一天剩下的一半再加一个。到第10天刚好剩一个。问猴子第一天摘了多少个桃子？ 分析: 这是一套非常经典的算法题，这个题目体现了算法思想中的递推思想，递归有两种形式，顺推和逆推，针对递推，只要 我们找到递推公式，问题就迎刃而解了。 令S10=1，容易看出 S9=2(S10+1)， 简化一下 S9=2S10+2 S8=2S9+2 ..... Sn=2Sn+1+2 遥想公瑾当年，老师说递归是最简洁，最容易理解的，好，就用递归试一下：复制代码 1 class Program 2 { 3 static void Main(string[] args) 4 { 5 int sum = SumPeach(1); 6 7 Console.WriteLine("第一天摘得桃子有:{0}", sum); 8 9 Console.Read();10 }11 12 //递归13 static int SumPeach(int day)14 {15 if (day == 10)16 return 1;17 18 return 2 * SumPeach(day + 1) + 2;19 }20 }复制代码 当我们玩转递归的时候，老师说线性递归会将“变量，参数，返回值”在“递”的过程中压栈，如果迟迟“递”不到头的话，栈就会越积越多，最后就爆掉了，window中系统默认的堆栈空间是1M。那么解决方法是什么？ 尾递归，下面我们继续上代码：复制代码 1 class Program 2 { 3 static void Main(string[] args) 4 { 5 int sum = SumPeachTail(1, 1); 6 7 Console.WriteLine("第一天摘得桃子有:{0}", sum); 8 9 Console.Read();10 }11 12 //尾递归13 static int SumPeachTail(int day, int total)14 {15 if (day == 10)16 return total;17 18 //将当前的值计算出传递给下一层19 return SumPeachTail(day + 1, 2 * total + 2);20 }21 }复制代码 那么两种递归有什么区别呢？上图说话。 从图中我们可以清晰的看到“线性递归”和“尾递归”的区别，那到底有什么本质区别呢？尾递归中在每次向下递归的过程中，都会将当前层的结果计算出来后向下一层传递，从理论上说，传到下一层后，上一层的参数值已经没有存在的必要了，可以清除上一层中的变量占用的栈空间，那么最终达到的效果就是永远不会出现StackOverflowException了，但实际上是否真有这个效果，得要看编译程序是否真的给你优化了。下面我们将day=10改成day=int.MaxValue，跑一下程序看看：很可惜，有图有真相，抛出异常了，当然我是菜鸟，早已看不懂汇编了，大家也可以讨论讨论，目前我个人认为C#编译器没有给我做这个优化:-D。 下一步我们就要计算一下这个递归的时间复杂度是多少，关于求“递归”的时间复杂度主要有三种：1. 代换法。2. 递归树法。3. 主定理。 这一篇我就说下代换法，作法如下①：猜一下递归式复杂度的上界或者下界。②：用数学归纳法证明你的复杂度是正确的。 为了具有通用性，我们将“猴子吃桃”的问题反过来写，也就是已知S1，求S10，当然原理是一样的，通用公式就有如下形式： Tn=2Tn-1+2 ① 假使 Tn=O(n) ②则必定存在一个 c>0的自然数使 Tn<=cO(n)=cn ③③代入①知 Tn<=2c(n-1)+2=2cn-2c+2 =cn-c+1 =cn-(c-1)当c>=1时，则必有 Tn<=cn 最后得出递归式的时间复杂度为O(N)。