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递归

此条目讲述的是递归的概念。关于另一部同名小说，参见递归 (小说)。关于计算机程序设计，参见递归 (计算机科学)。其他用法，参见递归 (消歧义)。

递归（英語：Recursion），又译为递回，在数学与计算机科学中，是指在函数的定义中使用函数自身的方法。递归一词还较常用于描述以自相似方法重复事物的过程。例如，当两面镜子相互之间近似平行时，镜中嵌套的图像是以无限递归的形式出现的。也可以理解为自我复制的过程。

德罗斯特效应是递归的一种视觉形式。图中女性手持的物体中有一幅她本人手持同一物体的小图片，进而小图片中还有更小的一幅她手持同一物体的图片，依此类推。

正式定义

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在数学和计算机科学中，递归指由一种（或多种）简单的基本情况定义的一类对象或方法，并规定其他所有情况都能被还原为其基本情况。

例如，下列为某人祖先的递归定义：

  • 某人的双亲是他的祖先（基本情况）。
  • 某人祖先的双亲同样是某人的祖先（递归步骤）。

斐波那契数列是典型的递归案例：

  •  （初始值）
  •  （初始值）
  • 对所有大於1的整数n： （递归定义）

尽管有许多数学函数均可以递归表示，但在实际应用中，递归定义的高开销往往会让人望而却步。例如：

  •  （初始值）
  • 对所有大於0的整数n： （递归定义）

一种便于理解的心理模型，是认为递归定义对对象的定义是按照“先前定义的”同类对象来定义的。例如：你怎样才能移动100个箱子？答案：你首先移动一个箱子，并记下它移动到的位置，然后再去解决较小的问题：你怎样才能移动99个箱子？最终，你的问题将变为怎样移动一个箱子，而这时你已经知道该怎么做的。

如此的定义在数学中十分常见。例如，集合论对自然数的正式定义是：1是一个自然数，每个自然数都有一个后继，这一个后继也是自然数。

以下是另一个可能更有利于理解递归过程的解释：

  1. 我们已经完成了吗？如果完成了，返回结果。如果没有这样的终止条件，递归将会永远地继续下去。
  2. 如果没有，则简化问题，解决较容易的问题，并将结果组装成原始问题的解决办法。然后返回该解决办法。

这样就有一种更有趣的描述：“为了理解递归，则必须首先理解递归。”或者更准确地，按照安德鲁·普洛特金（英语：Andrew Plotkin）的解释：“如果你已经知道了什么是递归，只需记住答案。否则，找一个比你更接近侯世达的人；然后让他／她来告诉你什么是递归。”[1]

数学中常见的以递归形式定义的案例参见函数、集合以及分形等。

举例：编写一个程序使用递归求n的阶乘：

Haskell: 

fac 0 = 1
fac n = n * fac (n-1)

main = print( fac 10 )

语言中的例子

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  1. 从前有座山，山里有座庙，庙里有个老和尚，正在给小和尚讲故事呢！故事是什么呢？「从前有座山，山里有座庙，庙里有个老和尚，正在给小和尚讲故事呢！故事是什么呢？『从前有座山，山里有座庙，庙里有个老和尚，正在给小和尚讲故事呢！故事是什么呢？……』」
  2. 一只狗来到厨房，偷走一小块面包。厨子举起杓子，把那只狗打死了。于是所有的狗都跑来了，给那只狗掘了一个坟墓，还在墓碑上刻了墓誌銘，让未来的狗可以看到：「一只狗来到厨房，偷走一小块面包。厨子举起杓子，把那只狗打死了。于是所有的狗都跑来了，给那只狗掘了一个坟墓，还在墓碑上刻了墓誌銘，让未来的狗可以看到：『一只狗来到厨房，偷走一小块面包。厨子举起杓子，把那只狗打死了。于是所有的狗都跑来了，给那只狗掘了一个坟墓，还在墓碑上刻了墓誌銘，让未来的狗可以看到……』」
  3. 大雄在房裏，用時光電視看着从前的情況。電視畫面中的那個時候，他正在房裏，用時光電視，看着从前的情況。電視畫面中的電視畫面的那個時候，他正在房裏，用時光電視，看着从前的情況……

數學之應用

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謝爾賓斯基三角形-由封閉遞歸的三角形所形成之碎形

遞歸定義集

主条目：遞歸定義

實例：自然數

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關於遞歸定義集的經典範例，可透過自然數來說明：

 
若 ， 則 
滿足上述兩個條件之最小集合，即為自然數集合

實例：可導出的命題集合

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另一個有趣範例為，公理系統中，所有可導出命題之集合

  • 若一個命題為公理，則其為可導出之命題
  • 透過推理規則方式，若一個命題可以從可導出之命題所推論，則其為可導出之命題
  • 滿足上述條件之最小集合，為可導出之命題之集合

此集合稱為，可導出之命題之集合，因為在數學基礎方法中，依非建立性法構建的命題之集合，可能大於由公理系統及推理規則所遞歸構建出之集合，詳細請參見 哥德爾不完備定理

有限次分割法

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主条目：Finite subdivision rule

有限次分割法為幾何形式之遞歸，可用以創建類碎形之圖案。次分割原則的運作如後所述，從多個已被有限個標籤標註的多邊形開始，接著每個多邊形僅根據其標籤，繼續細切到更小的多邊形，此一細切的過程可不斷重複。

参见

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参考文献

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脚注

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  1. ^ 原文：“If you already know what recursion is, just remember the answer. Otherwise, find someone who is standing closer to Douglas Hofstadter than you are; then ask him or her what recursion is.”

书目

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  • Johnsonbaugh, Richard. Discrete Mathematics. Prentice Hall. 2004. ISBN 0-13-117686-2. 
  • Hofstadter, Douglas. Gödel, Escher, Bach: an Eternal Golden Braid. Basic Books. 1999. ISBN 0-465-02656-7. 
  • Shoenfield, Joseph R. Recursion Theory. A K Peters Ltd. 2000. ISBN 1-56881-149-7. 
  • Causey, Robert L. Logic, Sets, and Recursion. Jones & Bartlett. 2001. ISBN 0-7637-1695-2. 
  • Cori, Rene; Lascar, Daniel; Pelletier, Donald H. Recursion Theory, Godel's Theorems, Set Theory, Model Theory. Oxford University Press. 2001. ISBN 0-19-850050-5. 
  • Barwise, Jon; Moss, Lawrence S. Vicious Circles. Stanford Univ Center for the Study of Language and Information. 1996. ISBN 0-19-850050-5.  - offers a treatment of corecursion.
  • Rosen, Kenneth H. Discrete Mathematics and Its Applications. McGraw-Hill College. 2002. ISBN 0-07-293033-0. 
  • Cormen, Thomas H., Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein. Introduction to Algorithms. Mit Pr. 2001. ISBN 0-262-03293-7. 
  • Kernighan, B.; Ritchie, D. The C programming Language. Prentice Hall. 1988. ISBN 0-13-110362-8. 
  • Stokey, Nancy,; Robert Lucas; Edward Prescott. Recursive Methods in Economic Dynamics. Harvard University Press. 1989. ISBN 0674750969. 

外部链接

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