如果要用java实现算法，一定慎用递归

 

现象 ：

递归是我们很经典的一种算法实现，可以很好的描述一个算法的原理！对于算法的描述、表现和代码结构理解上，递归都是不错的选择！

但是本文想说的是java实现一个递归算法的时候尽量不要用递归实现，而是转换成的非递归实现。

最近在实现一个比较复杂算法的时候，尝试了一下，非递归实现相比递归实现速度上能提升1/3。

以下面一个简单的例子来说：

(注：为了描述简单，所以这里只用一个简单的例子。这个例子可以用更简单的数学公式来实现，所以请大家不要过分在意。 重点是想说明递归可能带来的一些问题)

输入参数：N

输出结果: log1+log2+log3+....+logN

两种实现代码如下：

 

package test;

public class RecursiveTest {
	/**
	 * 递归实现
	 * 
	 * @param n
	 * @return
	 */
	public static double recursive(long n) {
		if (n == 1) {
			return Math.log(1);
		} else {
			return Math.log(n) + recursive(n - 1);
		}
	}

	/**
	 * 非递归实现
	 * 
	 * @param n
	 * @return
	 */
	public static double directly(long n) {
		double result = 0;
		for (int i = 1; i <= n; i++) {
			result += Math.log(i);
		}
		return result;
	}

	public static void main(String[] args) {
		int i = 5000000;
		long test = System.nanoTime();
		long start1 = System.nanoTime();
		double r1 = recursive(i);
		long end1 = System.nanoTime();
		long start2 = System.nanoTime();
		double r2 = directly(i);
		long end2 = System.nanoTime();

		System.out.println("recursive result:" + r1);
		System.out.println("recursive time used:" + (end1 - start1));
		System.out.println("non-recursive result:" + r2);
		System.out.println("non-recursive time used:" + (end2 - start2));
	}
}

 

得到运行结果如下：

recursive result:7.212475098340103E7
recursive time used:539457109
non-recursive result:7.212475098340103E7
non-recursive time used:282479757

 

可以看出递归的运行时间是非递归运行时间将近2倍。

(注:以上代码还是在-Xss200m的参数下运行的，如果栈空间不足，直接不能运行)

 

原因简单分析：

 

上图是java线程栈的结构。java将为每个线程维护一个堆栈，堆栈里将为每个方法保存一个栈帧，栈帧代表了一个方法的运行状态。 也就是我们常说的方法栈。最后一个为当前运行的栈帧。

那么每一次方法调用会涉及：

1.为新调用方法的生成一个栈帧

2.保存当前方法的栈帧状态

3.栈帧上下文切换，切换到最新的方法栈帧。

 

递归实现将导致在栈内存的消耗(往往需要调整Xss参数)和因为创建栈帧和切换的性能开销，最终大大的影响效率！

 

所以，如果你想提升你的算法效率，不要使用递归实现是一个基础原则！

另外，递归是我们用来理解算法的一个方法，当用代码来实现的时候基本都可以转换成非递归的代码实现！

 

评论

12 楼 cttnbcj 2011-04-07  

kimmking 写道

cttnbcj 写道

除非疯子才一个一个算logx相加 .......
向楼上所说递归是用来简单化来表达数据处理的思想

要是不用递归试试计算 f(n)=f(n-1)+f(n-2)+f(n-3)+f(n-4)+f(n-5)
不管是用非递归或推数学公式(上面公式已经要计算一元五次方程的解了)，会非常复杂

五次方程没有根式解，
手工计算5个根有点累。
计算机计算起来比较容易。

你确定无解？只是无代数根式解
五次方程符合Galois群理论，就可以有解。。。。(x-a)(x-b)(x-c)(x-d)(x-e)=0 a,b,c,d,e都不相等，这个五次方，你说有解吗？

11 楼 kt133feng 2011-04-07  

递归必须慎重使用。
如果可以用非递归方法相对简洁的使用，就不用递归。
说到底是数据结构教材里的阶乘和裴波拿切数列的递归实现误导了许多人，
这两者最好还是用非递归实现。

10 楼 魔力猫咪 2011-04-07  

我尝试了一下，到5000还是可以用递归的。但是50000就报栈溢出异常了。感觉这种太深层次的递归还是函数化语言使用更好。

9 楼 kimmking 2011-04-07  

cttnbcj 写道

除非疯子才一个一个算logx相加 .......
向楼上所说递归是用来简单化来表达数据处理的思想

要是不用递归试试计算 f(n)=f(n-1)+f(n-2)+f(n-3)+f(n-4)+f(n-5)
不管是用非递归或推数学公式(上面公式已经要计算一元五次方程的解了)，会非常复杂

五次方程没有根式解，
手工计算5个根有点累。
计算机计算起来比较容易。

8 楼 cttnbcj 2011-04-07  

而且想说，你的代码程序，log精度早丢失了

7 楼 cttnbcj 2011-04-07  

除非疯子才一个一个算logx相加 .......
向楼上所说递归是用来简单化来表达数据处理的思想

要是不用递归试试计算 f(n)=f(n-1)+f(n-2)+f(n-3)+f(n-4)+f(n-5)
不管是用非递归或推数学公式(上面公式已经要计算一元五次方程的解了)，会非常复杂

6 楼 jorneyR 2011-04-07  

这个东西，用数学方式比用程序一步一步的傻算有效得多

5 楼 zhxing 2011-04-07  

如果不是重要的模块，用递归可以简洁很多。。用不用递归要多方面考虑，性能和代码复杂度之间都要有所权衡。。

4 楼 无根V稻草 2011-04-07  

学习了 递归的开销问题

3 楼 singleant 2011-04-07  

kimmking 写道

递归一般用来
1、复杂度不高，N不大
2、问题复杂，易理解，简单明了

具体问题具体分析，比如，递归通过限制条件降低复杂度，
增加步长，简化问题或模型，再或者化成非递归形式。

比如lz的问题，N很大的时候，直接用阶乘的stirling表达式。

是的 这里的例子只是为了说明一下递归存在的问题 所以举了一个简单的例子！

我真正实现的算法是比较复杂的，一开始是用递归，后面改成非递归实现，有很大提升！

2 楼 kimmking 2011-04-06  

递归一般用来
1、复杂度不高，N不大
2、问题复杂，易理解，简单明了

具体问题具体分析，比如，递归通过限制条件降低复杂度，
增加步长，简化问题或模型，再或者化成非递归形式。

比如lz的问题，N很大的时候，直接用阶乘的stirling表达式。

1 楼 xjrmail 2011-04-06  

循环与递归，一般可以用循环解决的当然首选循环。
但是递归解决问题简单明了，有时候递归更快，例如解决汉诺塔问题不用递归的话，恐怕更慢。