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递归实现西 Syracuse 序列的 Python 函数教程

心靈之曲

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发布时间:2025-07-14 19:04:14

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来源于php中文网

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递归实现西 syracuse 序列的 python 函数教程

Syracuse 序列(也称为冰雹序列或 Collat​​z 序列)是一个有趣的数学概念,它基于一个简单的规则:对于任何正整数 n,如果 n 是偶数,则将其除以 2;如果 n 是奇数,则将其乘以 3 再加 1。重复此过程,直到 n 变为 1。本教程将探讨如何使用 Python 递归函数有效地生成 Syracuse 序列,并深入了解递归在解决此类问题中的应用。

最初的代码尝试存在一些问题,导致生成嵌套列表而不是预期的扁平序列。这是因为在递归调用中使用了 append 方法,该方法将整个递归调用的结果(一个列表)作为一个元素添加到当前列表中,从而导致嵌套。正确的做法是使用 extend 方法,它将递归调用返回的列表中的元素逐个添加到当前列表中。

以下是改进后的使用 extend 方法的递归实现:

def syracus(n):
    lst = [n]
    if n > 1:
        if n % 2 == 0:
            lst.extend(syracus(n // 2))
        else:
            lst.extend(syracus(3 * n +  1))
    return lst

print(syracus(15))

这段代码首先创建一个包含初始数字 n 的列表 lst。然后,如果 n 大于 1,它会根据 n 的奇偶性进行递归调用。如果 n 是偶数,则递归调用 syracus(n // 2),并将返回的列表中的元素使用 extend 方法添加到 lst 中。如果 n 是奇数,则递归调用 syracus(3 * n + 1),并将返回的列表中的元素添加到 lst 中。最后,返回 lst。

注意事项:

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  • 使用 // 进行整数除法,避免在 Python 3 中出现浮点数。
  • 避免冗余代码。删除 return s 之后的重复语句,因为它们永远不会被执行。
  • 使用 else 替代 elif N%2==1,因为如果 N 不是偶数,那么它一定是奇数。
  • 选择有意义的变量名,例如 lst 而不是 s。
  • 使用小写字母作为参数名,例如 n 而不是 N。

另一种实现方式是使用辅助递归函数,并在递归调用后将 n 添加到列表中。这种方法需要最后反转列表:

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def syracus(n):
    def recur(n):
        if n == 1:
            lst = []
        elif n % 2 == 0:
            lst = recur(n // 2)
        else:
            lst = recur(3 * n + 1)
        lst.append(n)
        return lst

    return recur(n)[::-1]

print(syracus(15))

更 Pythonic 的方法:使用生成器

更 Pythonic 的方法是使用生成器。生成器允许你按需生成序列的值,而无需一次性创建整个列表。这在处理大型序列时非常有用。

def syracus(n):
    yield n
    if n > 1:
        if n % 2 == 0:
            yield from syracus(n // 2)
        else:
            yield from syracus(3 * n + 1)

print(list(syracus(15)))

这段代码使用 yield 关键字来生成序列中的每个值。yield from 语句用于从递归调用中生成的值。

总结:

本教程介绍了使用 Python 递归函数生成 Syracuse 序列的几种方法。通过使用 extend 方法、辅助递归函数和生成器,你可以选择最适合你需求的实现方式。使用生成器通常是更 Pythonic 的选择,因为它避免了创建整个列表,并且可以按需生成序列的值。理解递归的概念和技巧对于解决许多编程问题至关重要。通过练习和实验,你可以掌握递归,并将其应用于各种算法和数据结构中。

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