JavaScript 中递归

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进二开物
     湖南
    阅读 6 分钟

    递归 Recursion

    To iterate is human, to recurse, divine.
    理解迭代，神理解递归。

    本文会以 JavaScript为主、有部分 Rust 举例说明。

    概述

    递归就是程序 函数自己 调用自己。递归需要有边界条件、递归前进段和递归返回段。当边界条件不满足时，递归前进；当边界条件满足时，递归返回。

    帕斯卡三角: 从递推开始理解

    在中国 帕斯卡三角 叫杨辉三角，因为在中国 杨辉三角 的记录比欧洲 帕斯卡三角记录早了几百年。

    能产生递归的条件

    1. 调用自身：以最小的函数处理问题，产生的新问题与原问题有着相同的形式。
    2. 递归出口：递归考虑有限的问题，出口就是递归调用最后一次调用的出口

    递归与循环的区别

    循环是满足一定条件，重复执行同一段代码片段。而递归是函数，不断调用自己的行为。常见有 for-in/for-of 循环，而递归常见的有数学问题：fibonacci 函数。

    缺点

    • 耗内存，可以使用尾回调

    回溯（Backtrack）

    一个递归调用的过程，就是回溯。

    回溯是一种算法思想，它是用递归实现的。

    用一个比较通俗的说法来解释递归和回溯：
    我们在路上走着，前面是一个多岔路口，因为我们并不知道应该走哪条路，所以我们需要尝试。尝试的过程就是一个函数。
    我们选择了一个方向，后来发现又有一个多岔路口，这时候又需要进行一次选择。所以我们需要在上一次尝试结果的基础上，再做一次尝试，即在函数内部再调用一次函数，这就是递归的过程。
    这样重复了若干次之后，发现这次选择的这条路走不通，这时候我们知道我们上一个路口选错了，所以我们要回到上一个路口重新选择其他路，这就是回溯的思想。

    递归算法 （recursive algorithm）

    在递归问题中，使用 JavaScript/Rust 做为示例，有几个经典的问题

    • 数组求和
    • fibonacci 函数
    • JavaScript 中使用递归实现深拷贝
    • React-Router 递归实现配置 routes
    • Vue 中递归组件

    经典的 fibonacci 函数示例

    • 经典的 Fibonacci JavaScript 实现
    export default function fibonacci(n) {
  if (n < 0) throw new Error("输入的数字不能小于 0");
  if (n === 1 || n === 2) {
    return 1;
  }
  return fibonacci(n - 2) + fibonacci(n - 1);
}

const fi = fibonacci(7);
console.log(fi);
    • 经典的 Fibonacci Rust 实现(含测试)
    fn main() {
    println!("Hello, world!");

    let f1 = fibonacci(1);
    println!("{}", f1);

    let f2 = fibonacci(2);
    println!("{}", f2);

    let f3 = fibonacci(3);
    println!("{}", f3);

    let f4 = fibonacci(4);
    println!("{}", f4);
}

pub fn fibonacci(n: i32) -> u32 {
    if n < 0 {
        panic!("输入的数字不能小于 0")
    };

    if n == 1 || n == 2 {
        return 1
    }

    fibonacci(n - 2) + fibonacci(n - 1)
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use crate::fibonacci;

    #[test]
    fn fibonacci1() {
        let result = fibonacci(1);
        assert_eq!(result, 1);
    }

    #[test]
    fn fibonacci2() {
        let result = fibonacci(2);
        assert_eq!(result, 1);
    }

    #[test]
    fn fibonacci3() {
        let result = fibonacci(3);
        assert_eq!(result, 2);
    }
}

    从求和到递归

    // 循环
var sum = 0;
for (var i = 1; i <= 10; i++) {
  sum += i;
}
console.log(sum);

// 递归
function sum(n) {
  if (n == 1) return 1;
  return sum(n - 1) + n;
}

var amount = sum(10);
console.log(amount);
    fn main() {
    println!("Hello, world!");
    while_sum_fn();
}

fn while_sum_fn() {
    let mut sum = 0;
    let mut i = 0;
    while i <= 10 {
        sum += i;
        i += 1;
        println!("sum: {}", sum);
    }
    println!("{sum}")
}

    Rust for 循环与 js 中循环有很大的区别，此处 rust 使用 while 语句代替 JavaScript 中的 for 语句。

    基础深拷贝

    考虑：原始数据类型+引用数据类型

    function deepClone(target) {
  const targetType = typeof target;
  if (targetType === "object" || targetType === "function") {
    let clone = Array.isArray(target) ? [] : {};
    for (const key in target) {
      clone[key] = deepClone(target[key]);
    }
    return clone;
  }
  return target;
}

    问题：循环引用（通过内置 weakMap）

    function deepClone(target, map = new Map()) {
    const targetType = typeof target;

    if (targetType === 'object' || targetType === 'function') {
        let clone = Array.isArray(target)?[]:{};
        if (map.get(target)) {
            return map.get(target);
        }

        map.set(target, clone);

        if(Object.prototype.toString.call(target) === '[object Date]'){
            clone = new Date(target)
        }

        if(
            Object.prototype.toString.call(target) === '[object Object]' ||
            Object.prototype.toString.call(target) === '[object Array]'
          ){
            for (const key in target) {
                clone[key] = deepClone(target[key],map)
            }
        }

        return clone;
    }
    return target;
}

    然后深拷贝需要考虑众多的 js 的数据类型（包括 es5+ 中新增的数据类型）。深拷贝缺点也非常明显，对于大对象，可能非常占用计算机资源。基于这个特点，React 社区针对 React 和 JavaScript 的诞生了不可变数据库：

    • immer
    • immutable.js

    不可变数据，每次修改之后，会得到一个新的数据（但是尽可能的复用了原来的数据），这样弥补了深拷贝的数据时的性能问题。

    react router 递归实现配置 route

    // 递归函数
const rotuerViews = (routerItems) => {
  if (routerItems && routerItems.length) {
    return routerItems.map(({ path, Component, children, redirect }) => {
      return children && children.length ? (
        <Route
          path={path}
          key={path}
          element={
            <Suspense fallback={<Loading />}>
              <Component />
            </Suspense>
          }
        >
          {rotuerViews(children)} // 递归遍历子路由
          {redirect ? (
            <Route path={path} element={<Navigate to={redirect} />}></Route>
          ) : (
            <Route
              path={path}
              element={<Navigate to={children[0].path} />}
            ></Route>
          )}
        </Route>
      ) : (
        <Route
          key={path}
          path={path}
          element={
            <Suspense fallback={<Loading />}>
              <Component />
            </Suspense>
          }
        ></Route>
      );
    });
  }
};

    vue 中实现 tree 组件的递归（组件中如何使用自己）

    <template>
  <ul>
    <li v-for="(item, index) in data" :key="index">
      {{ item.name }}
      <template v-if="item.children">
        <tree :data="item.children"></tree>
      </template>
    </li>
  </ul>
</template>

<script>
export default {
  name: "tree",
  props: {
    data: {
      type: Array,
      default() {
        return [];
      },
    },
  },
};
</script>

    扩展：尾部递归(Tail Recursion)

    尾递归，首先要搞明白什么是尾部调用？ 其实就是发生函数调用后，最后执行的语句是函数调用。尾递归，就是在函数最后（Tail）发生了函数的调用（但是调用的自己，就是尾部递归）。

    尾递归在普通尾调用的基础上，多出了2个特征：

    1. 在尾部调用的是函数自身 (Self-called)；
    2. 可通过优化，使得计算仅占用常量栈空间 (Stack Space)。
    • 一个实例
    function tailFactorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return tailFactorial(n - 1, n * total);
}

function factorial(n) {
  return tailFactorial(n, 1);
}

factorial(5); // 120

    递归非常耗费内存，因为需要同时保存成千上百个调用记录，很容易发生"栈溢出"错误（stack overflow）。但对于尾递归来说，由于只存在一个调用记录，所以永远不会发生"栈溢出"错误。

    尾部递归有哪些问题？

    空间优化策略：尾递归

    递归调用的缺点就是保存的调用栈（call frame）,

    如何优化尾部递归？

    函数发生尾部递归的时候，返回的结果相差不大，保存在栈里面毫无意义。没有意义我们就应该不需要发生这些东西。所以计算机就可以省出一些内容。

    递归展开

    还是以阶乘为例：

    function fact(n) {
  if (n <= 0) {
    return 1;
  } else {
    return n * fact(n - 1);
  }
}
    6 * fact(5)
6 * (5 * fact(4))
6 * (5 * (4 * fact(3))))
6 * (5 * (4 * (3 * (2 * (1 * 1)))))) // <= 最终的展开

    展开的特点是：函数并没有真正的运行，需要较大的内存空间用于展开，如果内容过大就容易爆栈。

    尾递归函数依然还是递归函数，如果不优化依然跟普通递归函数一样会爆栈，该展开多少层依旧是展开多少层。不会爆栈是因为语言的编译器或者解释器所做了“尾递归优化”，才让它不会爆栈的。

    小结

    • 什么是递归
    • 从杨辉三角可是递推，到递归
    • 递归与循环的区别
    • 递归与回溯
    • 递归算法常见的经典问题以及在前端 ReactRouter/Vue-Tree 中封装组件
    • 尾递归及其优化、递归展开

    参考

    • 简单介绍递归算法以及应用场景[0]
    • 递归使用场景[1]
    • 递归算法[2]
    • Javascript 中递归的使用方法[3]
    • 尾调用优化[4]
    • 面试官：说一说递归如何优化-尾递归优化[5]
    • 尾递归为啥能优化？[6]
    • 如何写递归[7]

    引用

    1.https://www.cnblogs.com/hands...
    2.https://www.cnblogs.com/Shine...
    3.https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
    4.https://developer.aliyun.com/...
    5.http://ruanyifeng.com/blog/20...
    6.https://cloud.tencent.com/dev...
    7.https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
    8.https://leetcode.cn/circle/ar...

    javascriptrust
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