数据结构预算法-递归

递归

概念

递归就是方法自己调用自己，每次调用时传入不同的变量。递归有助于处理复杂的问题，同时使代码更加简洁。

递归调用机制

1. 打印问题
2. 阶乘问题
3. 图解方式说明调用机制

代码演示：

public class RecursionTest {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		//通过打印问题，回顾递归调用机制
		test(4);
		
		//int res = factorial(3);
		//System.out.println("res=" + res);
	}
	//打印问题. 
	public static void test(int n) {
		if (n > 2) {
			test(n - 1);
		} //else {
			System.out.println("n=" + n);
		// }
	}
	//阶乘问题
	public static int factorial(int n) {
		if (n == 1) { 
			return 1;
		} else {
			return factorial(n - 1) * n; // 1 * 2 * 3
		}
	}


}

递归常见问题

1. 数学问题：8皇后问题，汉若塔问题，阶乘问题，球和篮子问题
2. 各种算法：快排，归并排序，二分查找，分治算法
3. 将用栈解决的问题–>递归代码比较简洁

递归需要遵守的重要规则

1. 执行一个方法时，就创建一个新的收保护的独立空间（栈空间）
2. 方法的局部变量是独立的，不会互相影响，比如n变量
3. 如果方法中使用的是引用类型的变量（比如数组），就会共享该引用类型的数据
4. 递归必须向退出递归的条件逼近，否则就是无限递归
5. 当一个方法执行完毕，或者遇到return，就会返回，遵循谁调用，就将结果返回谁，同时当方法执行完毕或者返回时，该方法也就执行完毕。

递归-迷宫问题

public class MiGong {

	public static void main(String[] args) {
		// 先创建一个二维数组，模拟迷宫
		// 地图
		int[][] map = new int[8][7];
		Arrays.fill(map[1], 1);
		// 使用1 表示墙
		// 上下全部置为1
		for (int i = 0; i < 7; i++) {
			map[0][i] = 1;
			map[7][i] = 1;
		}

		// 左右全部置为1
		for (int i = 0; i < 8; i++) {
			map[i][0] = 1;
			map[i][6] = 1;
		}
		//设置挡板, 1 表示
		map[3][1] = 1;
		map[3][2] = 1;
//		map[1][2] = 1;
//		map[2][2] = 1;
		
		// 输出地图
		System.out.println("地图的情况");
		for (int i = 0; i < 8; i++) {
			for (int j = 0; j < 7; j++) {
				System.out.print(map[i][j] + " ");
			}
			System.out.println();
		}
		
		//使用递归回溯给小球找路
		//setWay(map, 1, 1);
		setWay2(map, 1, 1);
		
		//输出新的地图, 小球走过，并标识过的递归
		System.out.println("小球走过，并标识过的 地图的情况");
		for (int i = 0; i < 8; i++) {
			for (int j = 0; j < 7; j++) {
				System.out.print(map[i][j] + " ");
			}
			System.out.println();
		}
		
	}
	
	//使用递归回溯来给小球找路
	//说明
	//1. map 表示地图
	//2. i,j 表示从地图的哪个位置开始出发 (1,1)
	//3. 如果小球能到 map[6][5] 位置，则说明通路找到.
	//4. 约定： 当map[i][j] 为 0 表示该点没有走过 当为 1 表示墙  ； 2 表示通路可以走 ； 3 表示该点已经走过，但是走不通
	//5. 在走迷宫时，需要确定一个策略(方法) 下->右->上->左 , 如果该点走不通，再回溯
	/**
	 * 
	 * @param map 表示地图
	 * @param i 从哪个位置开始找
	 * @param j 
	 * @return 如果找到通路，就返回true, 否则返回false
	 */
	public static boolean setWay(int[][] map, int i, int j) {
		if(map[6][5] == 2) { // 通路已经找到ok
			return true;
		} else {
			if(map[i][j] == 0) { //如果当前这个点还没有走过
				//按照策略 下->右->上->左  走
				map[i][j] = 2; // 假定该点是可以走通.
				if(setWay(map, i+1, j)) {//向下走
					return true;
				} else if (setWay(map, i, j+1)) { //向右走
					return true;
				} else if (setWay(map, i-1, j)) { //向上
					return true;
				} else if (setWay(map, i, j-1)){ // 向左走
					return true;
				} else {
					//说明该点是走不通，是死路
					map[i][j] = 3;
					return false;
				}
			} else { // 如果map[i][j] != 0 , 可能是 1， 2， 3
				return false;
			}
		}
	}
	
	//修改找路的策略，改成 上->右->下->左
	public static boolean setWay2(int[][] map, int i, int j) {
		if(map[6][5] == 2) { // 通路已经找到ok
			return true;
		} else {
			if(map[i][j] == 0) { //如果当前这个点还没有走过
				//按照策略 上->右->下->左
				map[i][j] = 2; // 假定该点是可以走通.
				if(setWay2(map, i-1, j)) {//向上走
					return true;
				} else if (setWay2(map, i, j+1)) { //向右走
					return true;
				} else if (setWay2(map, i+1, j)) { //向下
					return true;
				} else if (setWay2(map, i, j-1)){ // 向左走
					return true;
				} else {
					//说明该点是走不通，是死路
					map[i][j] = 3;
					return false;
				}
			} else { // 如果map[i][j] != 0 , 可能是 1， 2， 3
				return false;
			}
		}
	}

}

递归-八皇后问题

public class Queue8 {

	//定义一个max表示共有多少个皇后
	int max = 8;
	//定义数组array, 保存皇后放置位置的结果,比如 arr = {0 , 4, 7, 5, 2, 6, 1, 3} 
	int[] array = new int[max];
	static int count = 0;
	static int judgeCount = 0;
	public static void main(String[] args) {
		//测试一把 ， 8皇后是否正确
		Queue8 queue8 = new Queue8();
		queue8.check(0);
		System.out.printf("一共有%d解法", count);
		System.out.printf("一共判断冲突的次数%d次", judgeCount); // 1.5w
		
	}
	
	
	
	//编写一个方法，放置第n个皇后
	//特别注意： check 是 每一次递归时，进入到check中都有  for(int i = 0; i < max; i++)，因此会有回溯
	private void check(int n) {
		if(n == max) {  //n = 8 , 其实8个皇后就既然放好
			print();
			return;
		}
		
		//依次放入皇后，并判断是否冲突
		for(int i = 0; i < max; i++) {
			//先把当前这个皇后 n , 放到该行的第1列
			array[n] = i;
			//判断当放置第n个皇后到i列时，是否冲突
 			if(judge(n)) { // 不冲突
				//接着放n+1个皇后,即开始递归
				check(n+1); //  
			}
			//如果冲突，就继续执行 array[n] = i; 即将第n个皇后，放置在本行得 后移的一个位置
		}
	}
	
	//查看当我们放置第n个皇后, 就去检测该皇后是否和前面已经摆放的皇后冲突
	/**
	 * 
	 * @param n 表示第n个皇后
	 * @return
	 */
	private boolean judge(int n) {
		judgeCount++;
		for(int i = 0; i < n; i++) {
			// 说明
			//1. array[i] == array[n]  表示判断 第n个皇后是否和前面的n-1个皇后在同一列
			//2. Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i]) 表示判断第n个皇后是否和第i皇后是否在同一斜线
			// n = 1  放置第 2列 1 n = 1 array[1] = 1
			// Math.abs(1-0) == 1  Math.abs(array[n] - array[i]) = Math.abs(1-0) = 1
			//因为判断之前下过的位置和现在是否在同一斜线上，其数组下表i为第几行，值val为第几列，同一斜线上的两点行列各自差值应该是相同的
			//所以 Math.abs(n-i)求得是行差值，Math.abs(array[n] - array[i]求得是列差值
			//3. 判断是否在同一行, 没有必要，n 每次都在递增
			if(array[i] == array[n] || Math.abs(n-i) == Math.abs(array[n] - array[i]) ) {
				return false;
			}
		}
		return true;
	}
	
	//写一个方法，可以将皇后摆放的位置输出
	private void print() {
		count++;
		for (int i = 0; i < array.length; i++) {
			System.out.print(array[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}

}