数据结构与算法课程笔记(六)

这篇博客探讨了递归的基本概念和实现原理,通过计算正整数阶乘的递归算法及汉诺塔问题的解决展示了递归的应用。同时,还提供了将阶乘递归算法转换为非递归算法的实例,以及使用循环结构实现的平均值计算。实验旨在帮助读者理解递归调用的过程、系统栈的变化以及递归与非递归算法的转换。

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一、 实验目的

  1. 了解递归的基本概念;
  2. 了解递归调用的实现原理;(课本P153)
  3. 了解递归算法的设计;
  4. 利用循环或栈将递归算法转换成非递归算法。

二、 实验环境

Windows XP以上版本的操作系统,Visual Studio 2010编程环境。

三、 实验内容和步骤

验证题:

  1. 利用递归函数,求正整数n的阶乘:
    fac(n) = n * (n-1) * (n-2) * …… * 2 * 1
#include <iostream>
using namespace std;

// 本程序用递归算法求n的阶乘

int counter = 0;

int fac(int n)
{
	counter++; // 断点
	cout << "第" << counter << "次调用:n=" << n << endl;

	if (n == 0 || n == 1)
		return 1;
	else
		return n * fac(n - 1);
}

int main()
{
	cout << "结果:fac(5)=" << fac(5) << endl;
	return 0;
}

运行程序,理解递归调用的过程。
在断点处设置断点,查看每次递归调用时 counter 和 n 的值。
同时,观察系统栈的变化过程,加深对递归调用的理解:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
2. 汉诺塔问题
根据大课课件,完成汉诺塔问题的完整程序,并设定盘子的数目分别为3和6,调试程序,理解程序的执行过程。动画演示:
https://fiddle.jshell.net/timwzw/S7mYF/show/
http://www.hannuota.cn/

#include <iostream>
using namespace std;

void Hanoi(int n, char X, char Y, char Z)
{ 

	if (n == 1) 
		cout << X << "->" << Z << "\t";
	else {
		Hanoi(n - 1, X, Z, Y);
		cout << X << "->" << Z << "\t";
		Hanoi(n - 1, Y, X, Z);
  }
}

int main()
{
	Hanoi(3, 'A', 'B', 'C');
	cout << endl;
	return 0;
}

四、 设计题

  1. 请使用循环结构,将n的阶乘的递归算法转换成非递归算法。
#include <iostream>
using namespace std;

// 本程序用非递归算法求n的阶乘

int fac_non_recursive(int n)
{
  int result = 1;

  for (int i = n; i > 1; i--)
    result *= i;

  return result;
}

int main()
{
  cout << "5的阶乘是:" << fac_non_recursive(5) << endl;
  return 0;
}
  1. 已知 A[n] 为整数数组,编写一个递归算法求 n 个元素的平均值。
    提示: Avg(n) = ( Avg(n-1) * (n-1) + A[n-1] ) / n
#include <iostream>
using namespace std;

// 本程序用递归算法求整数数组A的平均值

//int A[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int A[] = {3, 9, 6, 5, 4};

double Avg(int n) // 注意返回值类型为double,因为在递归过程中平均值可能为小数。
{
  if (n == 1) // 递归的结束条件
    return A[0];
  else
    return (Avg(n - 1) * (n - 1) + A[n - 1]) / n;
}

int main()
{
  cout << "数组A的平均值是:" << Avg(5) << endl;
  return 0;
}
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