- 函数式程序设计。递归演算法有副作用的可能性较低。
- 递归数据结构。 Lisp 隐式地使用了指标,使得递归地定义数据结构变简单了。最常见的是用在列表:一个列表的递归定义,列表为空表,或是一个 ,其中
cdr
也是个列表。 - 优雅性。Lisp 程序员非常关心它们的程序是否美丽,而递归演算法通常比迭代演算法来得优雅。
学生们起初会觉得递归很难理解。但 3.9 节指出了,如果你想要知道是否正确,不需要去想递归函数所有的调用过程。
同样的如果你想写一个递归函数。如果你可以描述问题是怎么递归解决的,通常很容易将解法转成代码。要使用递归来解决一个问题,你需要做两件事:
- 你必须要示范如何解决问题的一般情况,通过将问题切分成有限小并更小的子问题。
如果这两件事完成了,那问题就解决了。因为递归每次都将问题变得更小,而一个有限的问题终究会被解决的,而最小的问题仅需几个有限的步骤就能解决。
举例来说,下面这个找到一个正规列表(proper list)长度的递归算法,我们每次递归时,都可以找到更小列表的长度:
- 在一般情况下,一个正规列表的长度是它的
cdr
加一。 - 基本用例,空列表长度为
0
。
当这个描述翻译成代码时,先处理基本用例;但公式化递归演算法时,我们通常从一般情况下手。
这里有两个递归算法的示例。假定参数是有限的。注意第二个示例,我们每次递归时,将问题分成两个更小的问题:
第一个例子, member
函数,我们说某物是列表的成员,需满足:如果它是第一个元素的成员或是 member
的 cdr
的成员。但空列表没有任何成员。
第二个例子, 一个 cons
的 copy-tree
,是一个由 cons
的 car
的 copy-tree
与 cdr
的 copy-tree
所组成的。一个原子的 copy-tree
是它自己。
一旦你可以这样描述算法,要写出递归函数只差一步之遥。
某些算法通常是这样表达最自然,而某些算法不是。你可能需要翻回前面,试试不使用递归来定义 our-copy-tree
(41 页,译注: 3.8 小节)。另一方面来说,23 页 (译注: 2.13 节) 迭代版本的 可能更容易比 24 页的递归版本要容易理解。某些时候是很难看出哪个形式比较自然,直到你试着去写出程序来。
另一个需要铭记在心的议题是,最显而易见的递归算法,不一定是最有效的。经典的例子是费氏函数。它是这样递归地被定义的,
直接翻译这个定义,
这样是效率极差的。一次又一次的重复计算。如果你要找 (fib 10)
,这个函数计算 (fib 9)
与 (fib 8)
。但要计算出 (fib 9)
,它需要再次计算 (fib 8)
,等等。
下面是一个算出同样结果的迭代版本:
(do ((i n (- i 1))
(f1 1 (+ f1 f2))
(f2 1 f1))
迭代的版本不如递归版本来得直观,但是效率远远高出许多。这样的事情在实践中常发生吗?非常少 ── 这也是为什么所有的教科书都使用一样的例子 ── 但这是需要注意的事。