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詳解python使用遞歸、尾遞歸、循環三種方式實現斐波那契數列

2020-02-22 22:52:51
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供稿:網友

在最開始的時候所有的斐波那契代碼都是使用遞歸的方式來寫的,遞歸有很多的缺點,執行效率低下,浪費資源,還有可能會造成棧溢出,而遞歸的程序的優點也是很明顯的,就是結構層次很清晰,易于理解

可以使用循環的方式來取代遞歸,當然也可以使用尾遞歸的方式來實現。

尾遞歸就是從最后開始計算, 每遞歸一次就算出相應的結果, 也就是說, 函數調用出現在調用者函數的尾部, 因為是尾部, 所以根本沒有必要去保存任何局部變量. 直接讓被調用的函數返回時越過調用者, 返回到調用者的調用者去。尾遞歸就是把當前的運算結果(或路徑)放在參數里傳給下層函數,深層函數所面對的不是越來越簡單的問題,而是越來越復雜的問題,因為參數里帶有前面若干步的運算路徑。尾遞歸是極其重要的,不用尾遞歸,函數的堆棧耗用難以估量,需要保存很多中間函數的堆棧。直接遞歸的程序中需要保存之前n步操作的所有狀態極其耗費資源,而尾遞歸不需要,尾部遞歸是一種編程技巧。如果在遞歸函數中,遞歸調用返回的結果總被直接返回,則稱為尾部遞歸。尾部遞歸的函數有助將算法轉化成函數編程語言,而且從編譯器角度來說,亦容易優化成為普通循環。這是因為從電腦的基本面來說,所有的循環都是利用重復移跳到代碼的開頭來實現的。如果有尾部歸遞,就只需要疊套一個堆棧,因為電腦只需要將函數的參數改變再重新調用一次

為了加深對尾遞歸、遞歸和循環的對比,這里以斐波那契數列的實現舉例:

#!usr/bin/env python  #encoding:utf-8    ''''''' __Author__:沂水寒城 功能:尾遞歸 '''   import time def Fib_recursion(num):   '''''   直接使用遞歸法求解斐波那契數量的第num個數字   '''   if num<2:    return num    return Fib_recursion(num-1)+Fib_recursion(num-2)  def Fib_tail_recursion(num,res,temp):   '''''   使用尾遞歸法求解斐波那契數量的第num個數字   '''   if num==0:     return res    else:     return Fib_tail_recursion(num-1, temp, res+temp)  def Fib_circle(num):   '''''   直接使用循環來求解   '''   a=0   b=1   for i in range(1,num):     c=a+b     a=b     b=c    return c    if __name__ == '__main__':   num_list=[5,10,20,30,40,50]   for num in num_list:     start_time=time.time()     print Fib_recursion(num)     end_time=time.time()     print Fib_tail_recursion(num,0,1)     end_time2=time.time()     print Fib_circle(num)     end_time3=time.time()     print '正在求解的斐波那契數字下標為%s' %num     print '直接遞歸耗時為 :', end_time-start_time     print '尾遞歸調用耗時為:', end_time2-end_time     print '直接使用循環耗時為:', end_time3-end_time2 

結果如下:

5 5 5 正在求解的斐波那契數字下標為5 直接遞歸耗時為 : 6.38961791992e-05 尾遞歸調用耗時為: 2.31266021729e-05 直接使用循環耗時為: 1.97887420654e-05 55 55 55 正在求解的斐波那契數字下標為10 直接遞歸耗時為 : 6.60419464111e-05 尾遞歸調用耗時為: 3.31401824951e-05 直接使用循環耗時為: 1.8835067749e-05 6765 6765 6765 正在求解的斐波那契數字下標為20 直接遞歸耗時為 : 0.00564002990723 尾遞歸調用耗時為: 3.09944152832e-05 直接使用循環耗時為: 2.09808349609e-05 832040 832040 832040 正在求解的斐波那契數字下標為30 直接遞歸耗時為 : 0.39971113205 尾遞歸調用耗時為: 1.69277191162e-05 直接使用循環耗時為: 1.19209289551e-05 102334155 102334155 102334155 正在求解的斐波那契數字下標為40 直接遞歸耗時為 : 39.0365440845 尾遞歸調用耗時為: 2.19345092773e-05 直接使用循環耗時為: 1.78813934326e-05 12586269025 12586269025 12586269025 正在求解的斐波那契數字下標為50 直接遞歸耗時為 : 4915.68643498 尾遞歸調用耗時為: 2.19345092773e-05 直接使用循環耗時為: 2.09808349609e-05             
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