详解python使用递归、尾递归、循环三种方式实现斐波那契数列

脚本专栏 2024/11/26 佚名

3 2 1

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：