为什么你学不会递归？告别递归，谈谈我的一些经验
The following article is from 苦逼的码农 Author 帅地
为了兼顾初学者，我会从最简单的题讲起！
递归的三大要素
第一要素：明确你这个函数想要干什么
对于递归，我觉得很重要的一个事就是，这个函数的功能是什么，他要完成什么样的一件事，而这个，是完全由你自己来定义的。也就是说，我们先不管函数里面的代码什么，而是要先明白，你这个函数是要用来干什么。
例如，我定义了一个函数
1// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
2int f(int n){
3
4}
这个函数的功能是算 n 的阶乘。好了，我们已经定义了一个函数，并且定义了它的功能是什么，接下来我们看第二要素。
第二要素：寻找递归结束条件
所谓递归，就是会在函数内部代码中，调用这个函数本身，所以，我们必须要找出递归的结束条件，不然的话，会一直调用自己，进入无底洞。也就是说，我们需要找出当参数为啥时，递归结束，之后直接把结果返回，请注意，这个时候我们必须能根据这个参数的值，能够直接知道函数的结果是什么。
例如，上面那个例子，当 n = 1 时，那你应该能够直接知道 f(n) 是啥吧？此时，f(1) = 1。完善我们函数内部的代码，把第二要素加进代码里面，如下
1// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
2int f(int n){
3 if(n == 1){
4 return 1;
5 }
6}有人可能会说，当 n = 2 时，那我们可以直接知道 f(n) 等于多少啊，那我可以把 n = 2 作为递归的结束条件吗？
当然可以，只要你觉得参数是什么时，你能够直接知道函数的结果，那么你就可以把这个参数作为结束的条件，所以下面这段代码也是可以的。
1// 算 n 的阶乘(假设n>=2)
2int f(int n){
3 if(n == 2){
4 return 2;
5 }
6}
注意我代码里面写的注释，假设 n >= 2，因为如果 n = 1时，会被漏掉，当 n <= 2时，f(n) = n，所以为了更加严谨，我们可以写成这样：
1// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
2int f(int n){
3 if(n <= 2){
4 return n;
5 }
6}
第三要素：找出函数的等价关系式
第三要素就是，我们要不断缩小参数的范围，缩小之后，我们可以通过一些辅助的变量或者操作，使原函数的结果不变。
例如，f(n) 这个范围比较大，我们可以让 f(n) = n * f(n-1)。这样，范围就由 n 变成了 n-1 了，范围变小了，并且为了原函数f(n) 不变，我们需要让 f(n-1) 乘以 n。
说白了，就是要找到原函数的一个等价关系式，f(n) 的等价关系式为 n * f(n-1)，即
f(n) = n * f(n-1)。
这个等价关系式的寻找，可以说是最难的一步了，如果你不大懂也没关系，因为你不是天才，你还需要多接触几道题，我会在接下来的文章中，找 10 道递归题，让你慢慢熟悉起来。
找出了这个等价，继续完善我们的代码，我们把这个等价式写进函数里。如下：
1// 算 n 的阶乘(假设n不为0)
2int f(int n){
3 if(n <= 2){
4 return n;
5 }
6 // 把 f(n) 的等价操作写进去
7 return f(n-1) * n;
8}
至此，递归三要素已经都写进代码里了，所以这个 f(n) 功能的内部代码我们已经写好了。
这就是递归最重要的三要素，每次做递归的时候，你就强迫自己试着去寻找这三个要素。
还是不懂？没关系，我再按照这个模式讲一些题。
有些有点小基础的可能觉得我写的太简单了，没耐心看？少侠，请继续看，我下面还会讲如何优化递归。当然，大佬请随意，可以直接拉动最下面留言给我一些建议，万分感谢！
案例1：斐波那契数列
斐波那契数列的是这样一个数列：1、1、2、3、5、8、13、21、34….，即第一项 f(1) = 1,第二项 f(2) = 1…..,第 n 项目为 f(n) = f(n-1) + f(n-2)。求第 n 项的值是多少。
1、第一递归函数功能
假设 f(n) 的功能是求第 n 项的值，代码如下：
1int f(int n){
2
3}
2、找出递归结束的条件
显然，当 n = 1 或者 n = 2 ,我们可以轻易着知道结果 f(1) = f(2) = 1。所以递归结束条件可以为 n <= 2。代码如下：
1int f(int n){
2 if(n <= 2){
3 return 1;
4 }
5}
第三要素：找出函数的等价关系式
题目已经把等价关系式给我们了，所以我们很容易就能够知道 f(n) = f(n-1) + f(n-2)。我说过，等价关系式是最难找的一个，而这个题目却把关系式给我们了，这也太容易，好吧，我这是为了兼顾几乎零基础的读者。
所以最终代码如下：
1int f(int n){
2 // 1.先写递归结束条件
3 if(n <= 2){
4 return 1;
5 }
6 // 2.接着写等价关系式
7 return f(n-1) + f(n - 2);
8}
搞定，是不是很简单？
零基础的可能还是不大懂，没关系，之后慢慢按照这个模式练习！好吧，有大佬可能在吐槽太简单了。
案例2：小青蛙跳台阶
一只青蛙一次可以跳上1级台阶，也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。
1、第一递归函数功能
假设 f(n) 的功能是求青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法，代码如下：
1int f(int n){
2
3}
2、找出递归结束的条件
我说了，求递归结束的条件，你直接把 n 压缩到很小很小就行了，因为 n 越小，我们就越容易直观着算出 f(n) 的多少，所以当 n = 1时，你知道 f(1) 为多少吧？够直观吧？即 f(1) = 1。代码如下：
1int f(int n){
2 if(n == 1){
3 return 1;
4 }
5}
第三要素：找出函数的等价关系式
每次跳的时候，小青蛙可以跳一个台阶，也可以跳两个台阶，也就是说，每次跳的时候，小青蛙有两种跳法。
第一种跳法：第一次我跳了一个台阶，那么还剩下n-1个台阶还没跳，剩下的n-1个台阶的跳法有f(n-1)种。
第二种跳法：第一次跳了两个台阶，那么还剩下n-2个台阶还没，剩下的n-2个台阶的跳法有f(n-2)种。
所以，小青蛙的全部跳法就是这两种跳法之和了，即 f(n) = f(n-1) + f(n-2)。至此，等价关系式就求出来了。于是写出代码：
1int f(int n){
2 if(n == 1){
3 return 1;
4 }
5 ruturn f(n-1) + f(n-2);
6}
大家觉得上面的代码对不对？
答是不大对，当 n = 2 时，显然会有 f(2) = f(1) + f(0)。我们知道，f(0) = 0，按道理是递归结束，不用继续往下调用的，但我们上面的代码逻辑中，会继续调用 f(0) = f(-1) + f(-2)。这会导致无限调用，进入死循环。
这也是我要和你们说的，关于递归结束条件是否够严谨问题，有很多人在使用递归的时候，由于结束条件不够严谨，导致出现死循环。也就是说，当我们在第二步找出了一个递归结束条件的时候，可以把结束条件写进代码，然后进行第三步，但是请注意，当我们第三步找出等价函数之后，还得再返回去第二步，根据第三步函数的调用关系，会不会出现一些漏掉的结束条件。就像上面，f(n-2)这个函数的调用，有可能出现 f(0) 的情况，导致死循环，所以我们把它补上。代码如下：
1int f(int n){
2 //f(0) = 0,f(1) = 1，等价于 n<=1时，f(n) = n。
3 if(n <= 1){
4 return n;
5 }
6 ruturn f(n-1) + f(n-2);
7}
有人可能会说，我不知道我的结束条件有没有漏掉怎么办？别怕，多练几道就知道怎么办了。
看到这里有人可能要吐槽了，这两道题也太容易了吧？？能不能被这么敷衍。少侠，别走啊，下面出道难一点的。
下面其实也不难了，就比上面的题目难一点点而已，特别是第三步等价的寻找。
案例3：反转单链表。
反转单链表。例如链表为：1->2->3->4。反转后为 4->3->2->1
链表的节点定义如下：
1class Node{
2 int date;
3 Node next;
4}
虽然是 Java语言，但就算你没学过 Java，我觉得也是影响不大，能看懂。
还是老套路，三要素一步一步来。
1、定义递归函数功能
假设函数 reverseList(head) 的功能是反转但链表，其中 head 表示链表的头节点。代码如下：
1Node reverseList(Node head){
2
3}
2. 寻找结束条件
当链表只有一个节点，或者如果是空表的话，你应该知道结果吧？直接啥也不用干，直接把 head 返回呗。代码如下：
1Node reverseList(Node head){
2 if(head == null || head.next == null){
3 return head;
4 }
5}
3. 寻找等价关系
这个的等价关系不像 n 是个数值那样，比较容易寻找。但是我告诉你，它的等价条件中，一定是范围不断在缩小，对于链表来说，就是链表的节点个数不断在变小，所以，如果你实在找不出，你就先对 reverseList(head.next) 递归走一遍，看看结果是咋样的。例如链表节点如下
我们就缩小范围，先对 2->3->4递归下试试，即代码如下
1Node reverseList(Node head){
2 if(head == null || head.next == null){
3 return head;
4 }
5 // 我们先把递归的结果保存起来，先不返回，因为我们还不清楚这样递归是对还是错。，
6 Node newList = reverseList(head.next);
7}
我们在第一步的时候，就已经定义了 reverseLis t函数的功能可以把一个单链表反转，所以，我们对 2->3->4反转之后的结果应该是这样：
我们把 2->3->4 递归成 4->3->2。不过，1 这个节点我们并没有去碰它，所以 1 的 next 节点仍然是连接这 2。
接下来呢？该怎么办？
其实，接下来就简单了，我们接下来只需要把节点 2 的 next 指向 1，然后把 1 的 next 指向 null,不就行了？，即通过改变 newList 链表之后的结果如下：
也就是说，reverseList(head) 等价于 ** reverseList(head.next)** + 改变一下1，2两个节点的指向。好了，等价关系找出来了，代码如下(有详细的解释)：
1//用递归的方法反转链表
2public static Node reverseList2(Node head){
3 // 1.递归结束条件
4 if (head == null || head.next == null) {
5 return head;
6 }
7 // 递归反转 子链表
8 Node newList = reverseList2(head.next);
9 // 改变 1，2节点的指向。
10 // 通过 head.next获取节点2
11 Node t1 = head.next;
12 // 让 2 的 next 指向 2
13 t1.next = head;
14 // 1 的 next 指向 null.
15 head.next = null;
16 // 把调整之后的链表返回。
17 return newList;
18 }
这道题的第三步看的很懵？正常，因为你做的太少了，可能没有想到还可以这样，多练几道就可以了。但是，我希望通过这三道题，给了你以后用递归做题时的一些思路，你以后做题可以按照我这个模式去想。通过一篇文章是不可能掌握递归的，还得多练，我相信，只要你认真看我的这篇文章，多看几次，一定能找到一些思路！！
我已经强调了好多次，多练几道了，所以呢，后面我也会找大概 10 道递归的练习题供大家学习，不过，我找的可能会有一定的难度。不会像今天这样，比较简单，所以呢，初学者还得自己多去找题练练，相信我，掌握了递归，你的思维抽象能力会更强！
接下来我讲讲有关递归的一些优化。
有关递归的一些优化思路
1. 考虑是否重复计算
告诉你吧，如果你使用递归的时候不进行优化，是有非常非常非常多的子问题被重复计算的。
啥是子问题？f(n-1),f(n-2)….就是 f(n) 的子问题了。
例如对于案例2那道题，f(n) = f(n-1) + f(n-2)。递归调用的状态图如下：
看到没有，递归计算的时候，重复计算了两次 f(5)，五次 f(4)。。。。这是非常恐怖的，n 越大，重复计算的就越多，所以我们必须进行优化。
如何优化？一般我们可以把我们计算的结果保证起来，例如把 f(4) 的计算结果保证起来，当再次要计算 f(4) 的时候，我们先判断一下，之前是否计算过，如果计算过，直接把 f(4) 的结果取出来就可以了，没有计算过的话，再递归计算。
用什么保存呢？可以用数组或者 HashMap 保存，我们用数组来保存把，把 n 作为我们的数组下标，f(n) 作为值，例如 arr[n] = f(n)。f(n) 还没有计算过的时候，我们让 arr[n] 等于一个特殊值，例如 arr[n] = -1。
当我们要判断的时候，如果 arr[n] = -1，则证明 f(n) 没有计算过，否则， f(n) 就已经计算过了，且 f(n) = arr[n]。直接把值取出来就行了。代码如下：
1// 我们实现假定 arr 数组已经初始化好的了。
2int f(int n){
3 if(n <= 1){
4 return n;
5 }
6 //先判断有没计算过
7 if(arr[n] != -1){
8 //计算过，直接返回
9 return arr[n];
10 }else{
11 // 没有计算过，递归计算,并且把结果保存到 arr数组里
12 arr[n] = f(n-1) + f(n-1);
13 reutrn arr[n];
14 }
15}
也就是说，使用递归的时候，必要
须要考虑有没有重复计算，如果重复计算了，一定要把计算过的状态保存起来。
2. 考虑是否可以自底向上
对于递归的问题，我们一般都是从上往下递归的，直到递归到最底，再一层一层着把值返回。
不过，有时候当 n 比较大的时候，例如当 n = 10000 时，那么必须要往下递归10000层直到 n <=1 才将结果慢慢返回，如果n太大的话，可能栈空间会不够用。
对于这种情况，其实我们是可以考虑自底向上的做法的。例如我知道
f(1) = 1;
f(2) = 2;
那么我们就可以推出 f(3) = f(2) + f(1) = 3。从而可以推出f(4),f(5)等直到f(n)。因此，我们可以考虑使用自底向上的方法来取代递归，代码如下：
1public int f(int n) {
2 if(n <= 2)
3 return n;
4 int f1 = 1;
5 int f2 = 2;
6 int sum = 0;
7
8 for (int i = 3; i <= n; i++) {
9 sum = f1 + f2;
10 f1 = f2;
11 f2 = sum;
12 }
13 return sum;
14 }
这种方法，其实也被称之为递推。
最后总结
其实，递归不一定总是从上往下，也是有很多是从下往上的，例如 n = 1 开始，一直递归到 n = 1000，例如一些排序组合。对于这种从下往上的，也是有对应的优化技巧，不过，我就先不写了，后面再慢慢写。这篇文章写了很久了，脖子有点受不了了，，，，颈椎病？害怕。。。。
说实话，对于递归这种比较抽象的思想，要把他讲明白，特别是讲给初学者听，还是挺难的，这也是我这篇文章用了很长时间的原因，不过，只要能让你们看完，有所收获，我觉得值得！有些人可能觉得讲的有点简单，没事，我后面会找一些不怎么简单的题。最后如果觉得不错，还请给我转发 or 点赞一波！
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