DDR爱好者之家 Design By 杰米

前言

这篇文章一个多月前以英文发表在我的个人博客,现在抽空翻译成中文,并补充一些没来得及写的内容。

昨天我发表的《如何在 JS 代码中消灭 for 循环》引起很多争议。为了避免没营养的讨论,我先声明一下。递归性能差是没争议的事实,如果你觉得 for 循环更好,没必要学递归,那看到这里你可以不用看了。这篇文章要展示的大部分代码,仅仅是学习目的,我不推荐在生产环境中用。但是如果你对函数式编程感兴趣,想深入理解一些核心概念,你应该读下去。

今年年初我开始学 Haskell 的时候,我被函数式代码的优雅和简洁俘获了。代码居然还能这样写!用指令式代码要写一堆的程序,用递归几行就解决了。这篇文章里,我会把我在 Haskell 里面看到的递归函数翻译成 JS 和 Python,并尽量每一步解释。最后我会尝试解决递归爆栈(Stack Overflow)的问题。

递归基础

我从 Python 代码开始,然后展示 JS 实现。

很多解释递归的教程是从解释斐波那契数列开始的,我觉得这样做是在用一个已经复杂的概念去解释另一个复杂的概念,没有必要。我们还是从简单的代码开始吧。

运行这段 Python 代码:

def foo():
 foo()

foo()

当然会报错。"htmlcode">

def foo(n):
 if n <= 1:
 return
 foo(n-1)

foo(10)

这段代码基本什么都没做,但是这次它不会报错了。我在 foo 函数定义初始就告诉它什么时候该停,然后我每次调用的时候都把参数改一下,直到参数满足判断条件,函数停止执行。

如果你理解了上面两段代码,你已经理解递归了。

从上面的代码我总结一下递归的核心构成:

  • 递归函数必须接受参数。
  • 在递归函数的定义初始,应该有一个判断条件,当参数满足这个条件的时候,函数停止执行,并返回值。
  • 每次递归函数执行自己的时候,都需要把当前参数做某种修改,然后传入下一次递归。当参数被累积修改到符合初始判断条件了,递归就停止了。

现在我们来用 Python 写个 max 函数,找出列表中的最大值。是的,我知道 Python 原生有 max 函数,我重新发明个轮子只是为了学习和好玩。

# 不要用这个函数,还是用原生的 max 吧。
def max2(list):
 if len(list) == 1:
  return list[0]
 head, tail = list[0], list[1:]
 return head if head > max2(tail) else max2(tail)

print max2([3,98,345])
# 345

max2函数接受一个列表作为参数,如果列表长度为 1,函数停止执行并把列表第一个元素返回出去。注意,当递归停止时,它必须返回值。(但是如果你想用递归去执行副作用,而不是纯计算的话,可以不返回值。)如果初始判断条件不满足,把列表的头和尾取出来。接着,我们比较头部元素和尾部列表中最大值的大小(我们先不管尾部列表中最大值是哪个),并把比较结果中更大的那个值返回出去。那我们怎样知道尾部列表中的最大值?答案是我们不用知道。我们已经在 max2 函数中定义了比较两个值,并把大的值返回出去这个行为了。我们只需要把这同一个行为作用于尾部列表,程序会帮我们找到。

下面是 JS 的实现:

const max = xs => {
 if (xs.length === 1) return xs[0];
 const [head, ...tail] = xs;
 return head > max(tail) "htmlcode">
# Python 内置有 reverse 函数
def reverse2(list):
 if len(list) == 1:
 return list
 head, tail = list[0], list[1:]
 return reverse2(tail) + [x]

print reverse2([1,2,3,4,5,6])
# [6,5,4,3,2,1]

JS 版:

const reverse = xs => {
 if (xs.length === 1) return xs;
 const [head, ...tail] = xs;
 return reverse(tail).concat(head);
};

map

Python 版:

# Python 内置有 map 函数
def map2(f, list):
 if len(list) == 0:
 return []
 head, tail = list[0], list[1:]
 return [f(head)] + map2(f, tail)

print map2(lambda x : x + 1, [2,2,2,2])
# [3,3,3,3]

JS 版:

const map = f => xs => {
 if (xs.length === 0) return [];
 const [head, ...tail] = xs;
 return [f(head), ...map(f)(tail)];
};

zipWith

zipWith 接受一个回调函数和两个列表为参数。他会并行遍历两个列表,并把单遍历到的元素一一对应,传进回调函数,把每一步遍历的计算结果存在新的列表里,最终返回这个心列表。

Python 版:

def zipWith(f, listA, listB):
 if len(listA) == 0 or len(listB) == 0:
 return []
 headA, tailA = listA[0], listA[1:]
 headB, tailB = listB[0], listB[1:]
 return [f(headA, headB)] + zipWith(f, tailA, tailB)

print zipWith(lambda x, y : x + y, [2,2,2,2], [3,3,3,3,3])
# [5,5,5,5]
# 结果列表长度由参数中两个列表更短的那个决定

JS 版:

const zipWith = f => xs => ys => {
 if (xs.length === 0 || ys.length === 0) return [];
 const [headX, ...tailX] = xs;
 const [headY, ...tailY] = ys;
 return [f(headX)(headY), ...zipWith(f)(tailX)(tailY)];
};

replicate

Python 版:

def replicate(n,x):
 if n <= 0:
 return []
 return [x] + replicate(n-1,x)

print replicate(4, 'hello')
# ['hello', 'hello', 'hello', 'hello']

JS 版:

const replicate = (n, x) => {
 if (n <= 0) return [];
 return [x, ...replicate(n - 1, x)];
};

reduce

Python 不鼓励用 reduce,我就不写了。

JS 版:

const reduce = (f, acc, arr) => {
 if (arr.length === 0) return acc;
 const [head, ...tail] = arr;
 return reduce(f, f(head, acc), tail);
};

quickSort

用递归来实现排序算法肯定不是最优的,但是如果处理数据量小的话,也不是不能用。

Python 版:

def quickSort(xs):
 if len(xs) <= 1:
  return xs
 pivot, rest = xs[0], xs[1:]
 smaller, bigger = [], []
 for x in rest:
 smaller.append(x) if x < pivot else bigger.append(x)
 return quickSort(smaller) + [pivot] + quickSort(bigger)

print quickSort([44,14,65,34])
# [14, 34, 44, 65]

JS 版:

const quickSort = list => {
 if (list.length === 0) return list;
 const [pivot, ...rest] = list;
 const smaller = [];
 const bigger = [];
 rest.forEach(x =>
 x < pivot "color: #ff0000">解决递归爆栈问题

由于我对 Python 还不是特别熟,这个问题只讲 JS 场景了,抱歉。

每次递归时,JS 引擎都会生成新的 frame 分配给当前执行函数,当递归层次太深时,可能会栈不够用,导致爆栈。ES6引入了尾部优化(TCO),即当递归处于尾部调用时,JS 引擎会把每次递归的函数放在同一个 frame 里面,不新增 frame,这样就解决了爆栈问题。

然而,V8 引擎在短暂支持 TCO 之后,放弃支持了。那为了避免爆栈,我们只能在程序层面解决问题了。 为了解决这个问题,大神们发明出了 trampoline 这个函数。来看代码:

const trampoline = fn => (...args) => {
 let result = fn(...args);
 while (typeof result === "function") {
 result = result();
 }
 return result;
};

给trampoline传个递归函数,它会把递归函数的每次递归计算结果保存下来,然后只要递归没结束,它就不停执行每次递归返回的函数。这样做相当于把多次的函数调用放到一次函数调用里了,不会新增 frame,当然也不会爆栈。

先别高兴太早。仔细看 trampoline 函数的话,你会发现它也要求传入的递归函数符合尾部调用的情况。那不符合尾部调用的递归函数怎么办呢?( 比如我刚刚写的 JS 版 quickSort,最后 return 的结果里,把两个递归调用放在了一个结果里。这种情况叫 binary recursion,暂译二元递归,翻译错了勿怪 )

这个问题我也纠结了很久了,然后直接去 Stack Overflow 问了,然后真有大神回答了。要解决把二元递归转换成尾部调用,需要用到一种叫 Continuous Passing Style (CPS) 的技巧。来看怎么把 quickSort 转成尾部调用:

const identity = x => x;

const quickSort = (list, cont = identity) => {
 if (list.length === 0) return cont(list);

 const [pivot, ...rest] = list;
 const smaller = [];
 const bigger = [];
 rest.forEach(x => (x < pivot "_blank" href="http://递归函数">这章内容。我不能保证比他讲的更清楚,就不讲了。

屠龙之技

虽然我将要讲的这个概念在 JS 中根本都用不到,但是我觉得很好玩,就加进来了。有些编程语言是不支持递归的(我本科不是学的计算机,不知道是哪些语言),那这时候如果我知道用递归可以解决某个问题,该怎么办?用 Y-combinator.

JS 实现:

function y(le) {
 return (function(f) {
 return f(f);
 })(function(f) {
 return le(function(x) {
 return f(f)(x);
 });
 });
}

const factorial = y(function(fac) {
 return function(n) {
 return n <= 2 "color: #ff0000">总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对的支持。

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