详解python使用递归、尾递归、循环三种方式实现斐波那契数列

Python  /  管理员 发布于 7年前   213

在最开始的时候所有的斐波那契代码都是使用递归的方式来写的，递归有很多的缺点，执行效率低下，浪费资源，还有可能会造成栈溢出，而递归的程序的优点也是很明显的，就是结构层次很清晰，易于理解

可以使用循环的方式来取代递归，当然也可以使用尾递归的方式来实现。

尾递归就是从最后开始计算, 每递归一次就算出相应的结果, 也就是说, 函数调用出现在调用者函数的尾部, 因为是尾部, 所以根本没有必要去保存任何局部变量. 直接让被调用的函数返回时越过调用者, 返回到调用者的调用者去。尾递归就是把当前的运算结果（或路径）放在参数里传给下层函数，深层函数所面对的不是越来越简单的问题，而是越来越复杂的问题，因为参数里带有前面若干步的运算路径。尾递归是极其重要的，不用尾递归，函数的堆栈耗用难以估量，需要保存很多中间函数的堆栈。直接递归的程序中需要保存之前n步操作的所有状态极其耗费资源，而尾递归不需要，尾部递归是一种编程技巧。如果在递归函数中，递归调用返回的结果总被直接返回，则称为尾部递归。尾部递归的函数有助将算法转化成函数编程语言，而且从编译器角度来说，亦容易优化成为普通循环。这是因为从电脑的基本面来说，所有的循环都是利用重复移跳到代码的开头来实现的。如果有尾部归递，就只需要叠套一个堆栈，因为电脑只需要将函数的参数改变再重新调用一次

为了加深对尾递归、递归和循环的对比，这里以斐波那契数列的实现举例：

#!usr/bin/env python  #encoding:utf-8    ''''''' __Author__:沂水寒城 功能：尾递归 '''   import time def Fib_recursion(num):   '''''   直接使用递归法求解斐波那契数量的第num个数字   '''   if num<2:    return num    return Fib_recursion(num-1)+Fib_recursion(num-2)  def Fib_tail_recursion(num,res,temp):   '''''   使用尾递归法求解斐波那契数量的第num个数字   '''   if num==0:     return res    else:     return Fib_tail_recursion(num-1, temp, res+temp)  def Fib_circle(num):   '''''   直接使用循环来求解   '''   a=0   b=1   for i in range(1,num):     c=a+b     a=b     b=c    return c    if __name__ == '__main__':   num_list=[5,10,20,30,40,50]   for num in num_list:     start_time=time.time()     print Fib_recursion(num)     end_time=time.time()     print Fib_tail_recursion(num,0,1)     end_time2=time.time()     print Fib_circle(num)     end_time3=time.time()     print '正在求解的斐波那契数字下标为%s' %num     print '直接递归耗时为 ：', end_time-start_time     print '尾递归调用耗时为：', end_time2-end_time     print '直接使用循环耗时为：', end_time3-end_time2 

结果如下：

5 5 5 正在求解的斐波那契数字下标为5 直接递归耗时为 ： 6.38961791992e-05 尾递归调用耗时为： 2.31266021729e-05 直接使用循环耗时为： 1.97887420654e-05 55 55 55 正在求解的斐波那契数字下标为10 直接递归耗时为 ： 6.60419464111e-05 尾递归调用耗时为： 3.31401824951e-05 直接使用循环耗时为： 1.8835067749e-05 6765 6765 6765 正在求解的斐波那契数字下标为20 直接递归耗时为 ： 0.00564002990723 尾递归调用耗时为： 3.09944152832e-05 直接使用循环耗时为： 2.09808349609e-05 832040 832040 832040 正在求解的斐波那契数字下标为30 直接递归耗时为 ： 0.39971113205 尾递归调用耗时为： 1.69277191162e-05 直接使用循环耗时为： 1.19209289551e-05 102334155 102334155 102334155 正在求解的斐波那契数字下标为40 直接递归耗时为 ： 39.0365440845 尾递归调用耗时为： 2.19345092773e-05 直接使用循环耗时为： 1.78813934326e-05 12586269025 12586269025 12586269025 正在求解的斐波那契数字下标为50 直接递归耗时为 ： 4915.68643498 尾递归调用耗时为： 2.19345092773e-05 直接使用循环耗时为： 2.09808349609e-05 

画图图表更加清晰地可以看到差距：

因为差距太大，导致尾递归和循环的两种方式的时间增长几乎是水平线，而直接递归的时间增长接近90度。

这一次，感觉自己好有耐心，一直就在那里等着程序出结果，可以看到三者的时间对比状况，很明显的：直接递归的时间增长的极快，而循环的性能还要优于尾递归，这就告诉我们尽量减少递归的使用，使用循环的方式代替递归无疑是一种提高程序运行效率的方式。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。