递归

递归

　　从程序设计的角度看，递归是一种程序设计方法。函数直接或间接地调用自身，称为递归调用。递归调用是用相同的策略去解决规模更小的问题，直至问题规模达到某个边界条件时，不再进行递归调用，而是直接处理。

　　函数递归调用的嵌套层数称为递归层次。其中，其他函数对递归函数的调用为第0层，递归函数第一次调用自身为第1层......以此类推。递归函数的执行过程为：

　　1. 执行第n-1（n>0）层的代码到调用递归函数时，进入第n层，执行第n层递归函数的代码。

　　2. 第n（n>0）层递归函数的执行结果返回到第n-1层，之后执行第n-1层调用递归函数之后的代码。

　　编写递归函数时需要注意：

　　1. 递归函数传入引用类型的数据时会改变数据本身。

　　2. 递归必须设置退出条件，而且每次递归时都是向退出条件逼近，否则就变成了无限递归，最终会出现StackOverflowError。

阶乘

　　阶乘的定义是：n! = 1 * 2 * 3 * ... * n。特别的有，0! = 1。

　　根据阶乘的定义，可以得到n! = n * (n - 1)!。也就是说，n的阶乘可以通过先求n - 1的阶乘再乘以n得到。所以可以通过递归实现求一个数的阶乘，而递归的退出条件即为n == 0时返回1。

public static int factorial(int n) {
    if (n == 0) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

最大公因数

　　求a和b（a ≥ b）的最大公因数的过程为：

　　a = b * q₁ + r₁

　　b = r₁ * q₂ + r₂

　　r₁ = r₂ * q₃ + r₃

　　...

　　r_n-2 = r_n-1 * q_n-1 + r_n

　　r_n-1 = r_n * q_n

　　可以发现，上一个式子的除数和余数分别是当前式子的被除数和除数。直到出现一个式子的余数为0时，该式子的除数即为最大公因数。这种求最大公因数的方式称为辗转相除法。

　　特别的，任何一个数和0的最大公因数都是这个数本身。

　　可以通过递归实现辗转相除法求最大公因数，而递归的退出条件即为除数为0，此时被除数为最大公因数。

public static int gcd(int a, int b) {
    if (a < b) return gcd(b, a);
    if (b == 0) return a;
    return gcd(b, a % b);
}

斐波那契数列

　　1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ...这个数列被称为斐波那契数列。斐波那契数列的特点是：从第3项开始，当前项为前两项之和。所以斐波那契数列的递推公式为：F(n) = F(n - 1) + F(n - 2)。

　　求斐波那契数列第n项的数值，可以转变为求其第n-1项和第n-2项的数值之和。可以通过递归来实现该功能，而退出条件即为n == 1和n == 2时返回都为1。

public static int fibonacci(int n) {
    if (n == 1 || n == 2) return 1;
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

汉诺塔问题

　　汉诺塔游戏（http://www.4399.com/flash/109504.htm#sim2|109504）：有三根柱子，其中第一根柱子上有n个圆环，越往下的圆环越大。

　　游戏任务：将第一根柱子上的所有圆环移动到第三根柱子上。

　　游戏规则：每次移动都是移动最上面的圆环，且必须保证每次都是小环在上大环在下。

　　例如，移动3个圆环，效果如图所示：

　　

　　移动n（n ＞ 0）个圆环的一般步骤如下：

　　a. 将n - 1个圆环从第一根柱子移到第二根柱子。

　　b. 将第n个圆环从第一根柱子移动到第三根柱子。

　　c. 将n - 1个圆环从第二根柱子移动到第三根柱子。

　　所以，可以通过递归实现汉诺塔。而递归退出的条件则为n == 1时结束。

public static void hanoi(int n, char a, char b, char c) {
    if (n == 1) {
        // 1个圆环，直接从第一根柱子移动到第三根柱子
        System.out.println("第" + n + "个圆环从第" + a + "根柱子移动到第" + c + "根柱子。");
    } else {
        // 将n - 1个圆环从第一根柱子移动到第二根柱子上
        hanoi(n - 1, a, c, b);
        // 将第n个圆环从第一根柱子移动到第三根柱子上
        System.out.println("第" + n + "个圆环从第" + a + "根柱子移动到第" + c + "根柱子。");
        // 将n - 1个圆环从第二根柱子移动到第三根柱子上
        hanoi(n - 1, b, a, c);
    }
}

　　测试3个圆环的输出结果：

　　

八皇后问题

　　八皇后游戏（http://www.7k7k.com/swf/49842.htm）：有一个8*8的棋盘和8个皇后棋子

　　游戏任务：在棋盘上摆放8个皇后。

　　游戏规则：摆放的8个皇后不能相互攻击，即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上。

　　摆放第n个皇后的一般步骤如下：

　　a. 摆放在第n行的位置上。

　　b. 判断是否可以摆放在这个位置上，即摆放后是否依然满足皇后不会相互攻击。

　　c. 如果第n行上没有一个位置使得n个皇后不会相互攻击，证明第n - 1个皇后摆放的位置不正确，需要改变位置。

　　八皇后问题可以通过递归实现，递归的退出条件为成功摆放最后一个皇后。

public static boolean check(int[] bound, int x) {
    for (int i = 0; i < x; i++) {
        // bound[i] == bound[x]表示两个皇后在同一列，x - i == |bound[x] - bound(i)|表示两个皇后在同一斜线
        if (bound[i] == bound[x] || x - i == Math.abs(bound[x] - bound[i])) return false;
    }
    return true;
}

public static int put(int[] bound, int n) {
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        bound[n] = i;
        if (check(bound, n)) {
            // n == 7表示已经成功摆上最后一个皇后，该条件作为递归的退出条件
            if (n == 7) {
                count++;
                for (int index : bound) 
                    System.out.print((index + 1) + " ");
                System.out.println();
            } else {
                count += put(bound, n + 1);
            }
        }
    }
    return count;
}

　　其中，check()方法用于判断摆放皇后的位置是否正确；put()方法用于计算8皇后摆放方案。

　　通过测试，得到结果如下：

　　

　　可以看到，八皇后一共有92种摆法。以“5 1 4 6 8 2 7 3”为例，“5”表示第一个皇后摆放在第1行的第5个位置，“6”表示第四个皇后摆放在第4行的第6个位置......