python使用遞迴、尾遞迴、迴圈三種方式實現斐波那契數列
在最開始的時候所有的斐波那契程式碼都是使用遞迴的方式來寫的,遞迴有很多的缺點,執行效率低下,浪費資源,還有可能會造成棧溢位,而遞迴的程式的優點也是很明顯的,就是結構層次很清晰,易於理解
可以使用迴圈的方式來取代遞迴,當然也可以使用尾遞迴的方式來實現。
尾遞迴就是從最後開始計算, 每遞迴一次就算出相應的結果, 也就是說, 函式呼叫出現在呼叫者函式的尾部,
因為是尾部, 所以根本沒有必要去儲存任何區域性變數. 直接讓被呼叫的函式返回時越過呼叫者, 返回到呼叫者的呼叫者去。尾遞迴就是把當前的運算結果(或路徑)放在引數裡傳給下層函式,深層函式所面對的不是越來越簡單的問題,而是越來越複雜的問題,因為引數裡帶有前面若干步的運算路徑。
為了加深對尾遞迴、遞迴和迴圈的對比,這裡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:尾遞迴 ''' import time def Fib_recursion(num): ''' 直接使用遞迴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): ''' 使用尾遞迴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): ''' 直接使用迴圈來求解 ''' 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 '直接遞迴耗時為 :', end_time-start_time print '尾遞迴呼叫耗時為:', end_time2-end_time print '直接使用迴圈耗時為:', 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 直接遞迴耗時為 : 6.38961791992e-05 尾遞迴呼叫耗時為: 2.31266021729e-05 直接使用迴圈耗時為: 1.97887420654e-05 55 55 55 正在求解的斐波那契數字下標為10 直接遞迴耗時為 : 6.60419464111e-05 尾遞迴呼叫耗時為: 3.31401824951e-05 直接使用迴圈耗時為: 1.8835067749e-05 6765 6765 6765 正在求解的斐波那契數字下標為20 直接遞迴耗時為 : 0.00564002990723 尾遞迴呼叫耗時為: 3.09944152832e-05 直接使用迴圈耗時為: 2.09808349609e-05 832040 832040 832040 正在求解的斐波那契數字下標為30 直接遞迴耗時為 : 0.39971113205 尾遞迴呼叫耗時為: 1.69277191162e-05 直接使用迴圈耗時為: 1.19209289551e-05 102334155 102334155 102334155 正在求解的斐波那契數字下標為40 直接遞迴耗時為 : 39.0365440845 尾遞迴呼叫耗時為: 2.19345092773e-05 直接使用迴圈耗時為: 1.78813934326e-05 12586269025 12586269025 12586269025 正在求解的斐波那契數字下標為50 直接遞迴耗時為 : 4915.68643498 尾遞迴呼叫耗時為: 2.19345092773e-05 直接使用迴圈耗時為: 2.09808349609e-05
畫圖圖表更加清晰地可以看到差距:
因為差距太大,導致尾遞迴和迴圈的兩種方式的時間增長几乎是水平線,而直接遞迴的時間增長接近90度。
這一次,感覺自己好有耐心,一直就在那裡等著程式出結果,可以看到三者的時間對比狀況,很明顯的:直接遞迴的時間增長的極快,而迴圈的效能還要優於尾遞迴,這就告訴我們儘量減少遞迴的使用,使用迴圈的方式代替遞迴無疑是一種提高程式執行效率的方式。