尾部递归优化,递归算法经典实例python
本文开头和结尾主要介绍了Python递归优化的实现实例。有需要的朋友可以借鉴一下，希望能有所帮助。祝大家进步很大，早日升职加薪。
00-1010一般递归和尾部递归一般递归3360尾部递归C中尾部递归的优化Python开放式尾部递归优化
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一般递归与尾递归
def normal_recursion(n):
如果n==1:
返回1
else:
return n normal_recursion(n-1)
执行：
正规递归(5)
5正规_递归(4)
5 4正规_递归(3)
5 4 3正规递归(2)
5 4 3 2正规递归(1)
5 4 3 3
5 4 6
5 10
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可以看到，一般的递归，每一级递归都会产生新的局部变量，必须创建新的调用栈。随着递归深度的增加，创建的栈越来越多，导致栈爆炸？
一般递归：
递归基于函数的尾部调用。每一级调用直接返回递归函数更新调用栈，不产生新的局部变量，类似于迭代3360的实现。
def tail_recursion(n，total=0):
如果n==0:
退货总额
else:
return tail_recursion(n-1，共n)
执行：
tail_recursion(5，0)
tail_recursion(4，5)
tail_recursion(3，9)
tail_recursion(2，12)
tail_recursion(1，14)
tail_recursion(0，15)
15
可以看出尾递归的每个递归函数的调用都变成了‘线性’。这时候我们可以想，虽然尾递归调用也会创建一个新的栈，但是我们可以优化一下，让每一级尾递归调用共享一个栈！这样就可以解决堆栈爆炸和递归深度限制的问题了！
尾递归
Gcc使用-O2参数来开始尾部递归优化3360
int tail_recursion(int n，int total) {
if (n==0) {
返回总数；
}
否则{
return tail_recursion(n-1，共n)；
}
}
int main(void) {
int total=0，n=4；
tail_recursion(n，total)；
返回0；
}
拆卸
$ gcc-S tail _ recursion . c-o normal _ recursion。S
$ gcc-s-o2tail _ recursion . c-otail _ recursion . s gcc启动尾部递归优化
反汇编代码比较如下(ATT语法，左图优化)
可以看到，在开始尾部递归优化之前，使用call call函数创建了一个新的调用栈(lbb 0 _ 3)；但是开启尾部递归优化后，不会产生新的调用栈，而是直接返回pop bp指向的_tail_recursion函数(pushq %rbp)的地址，仍然使用同一个调用栈！
C中尾递归的优化
Cpython本身不支持尾部递归优化，但有一个很好的解决方案：
实现一个tail_call_optimized装饰器
="brush:py;">#!/usr/bin/env python2.4
# This program shows off a python decorator(
# which implements tail call optimization. It
# does this by throwing an exception if it is
# its own grandparent, and catching such
# exceptions to recall the stack.
import sys
class TailRecurseException:
def __init__(self, args, kwargs):
self.args = args
self.kwargs = kwargs
def tail_call_optimized(g):
"""
This function decorates a function with tail call
optimization. It does this by throwing an exception
if it is its own grandparent, and catching such
exceptions to fake the tail call optimization.
This function fails if the decorated
function recurses in a non-tail context.
"""
def func(*args, **kwargs):
f = sys._getframe()
if f.f_back and f.f_back.f_back \
and f.f_back.f_back.f_code == f.f_code:
# 抛出异常
raise TailRecurseException(args, kwargs)
else:
while 1:
try:
return g(*args, **kwargs)
except TailRecurseException, e:
args = e.args
kwargs = e.kwargs
func.__doc__ = g.__doc__
return func
@tail_call_optimized
def factorial(n, acc=1):
"calculate a factorial"
if n == 0:
return acc
return factorial(n-1, n*acc)
print factorial(10000)
这里解释一下sys._getframe()函数:
sys._getframe([depth]):
Return a frame object from the call stack.
If optional integer depth is given, return the frame object that many calls below the top of the stack.
If that is deeper than the call stack, ValueEfror is raised. The default for depth is zero,
returning the frame at the top of the call stack.
即返回depth深度调用的栈帧对象.
import sysdef get_cur_info():
print sys._getframe().f_code.co_filename # 当前文件名
print sys._getframe().f_code.co_name # 当前函数名
print sys._getframe().f_lineno # 当前行号
print sys._getframe().f_back # 调用者的帧
更多关于sys._getframe的使用请看https://www.jb51.net/article/181387.htm
说一下tail_call_optimized实现尾递归优化的原理:
当递归函数被该装饰器修饰后, 递归调用在装饰器while循环内部进行, 每当产生新的递归调用栈帧时:f.f_back.f_back.f_code == f.f_code:, 就捕获当前尾调用函数的参数, 并抛出异常, 从而销毁递归栈并使用捕获的参数手动调用递归函数. 所以递归的过程中始终只存在一个栈帧对象, 达到优化的目的.
为了更清晰的展示开启尾递归优化前、后调用栈的变化和tail_call_optimized装饰器抛异常退出递归调用栈的作用, 我这里利用pudb调试工具做了动图:
开启尾递归优化前的调用栈
开启尾递归优化后(tail_call_optimized装饰器)的调用栈
通过pudb右边栏的stack, 可以很清晰的看到调用栈的变化.
因为实现了尾递归优化, 所以factorial(10000)都不害怕递归深度限制报错啦!
以上就是Python开启尾递归优化实现示例的详细内容，更多关于Python尾递归优化!的资料请关注盛行IT软件开发工作室其它相关文章！
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