Как обойтись без рекурсии

8.3. Более сложные случаи рекурсии

Пусть функция с натуральными аргументами и значениями определена рекурсивно условиями

где - некоторое число, а и - известные функции. Другими словами, значение функции в точке выражается через значение в точке . При этом предполагается, что для любого в последовательности рано или поздно встретится .

Если дополнительно известно, что для всех , то вычисление не представляет труда: вычисляем последовательно

8.3.1. Написать нерекурсивную программу вычисления для общего случая.

Решение. Для вычисления вычисляем последовательность

до появления нуля и запоминаем ее, а затем вычисляем значения в точках этой последовательности, идя справа налево.

Еще более сложный случай из следующей задачи вряд ли встретится на практике (а если и встретится, то проще рекурсию не устранять, а оставить). Но тем не менее: пусть функция с натуральными аргументами и значениями определяется соотношениями

где - некоторое число, а , и - известные функции. Предполагается, что если взять произвольное число и начать применять к нему функции и в произвольном порядке, то рано или поздно получится .

8.3.2. Написать нерекурсивную программу вычисления .

Решение. Можно было бы сначала построить дерево, у которого в корне находится , а в сыновьях вершины стоят и - если только не равно нулю. Затем вычислять значения функции, идя от листьев к корню. Однако есть и другой способ.

Обратной польской записью (или постфиксной записью ) выражения называют запись, где знак функции стоит после всех ее аргументов, а скобки не используются. Вот несколько примеров:

Постфиксная запись выражения позволяет удобно вычислять его с помощью . Этот калькулятор имеет стек, который мы будем представлять себе расположенным горизонтально (числа вынимаются и кладутся справа), и клавиши - числовые и функциональные. При нажатии на клавишу с числом это число кладется в стек. При нажатии на функциональную клавишу соответствующая функция применяется к нескольким аргументам у вершины стека. Например, если в стеке были числа и нажата функциональная клавиша , соответствующая функции от двух аргументов, то в стеке окажутся числа

Перейдем теперь к нашей задаче. В процессе вычисления значения функции мы будем работать со стеком чисел, а также с последовательностью чисел и символов f, l, r, h, которую мы будем интерпретировать как последовательность нажатий клавиш на стековом калькуляторе. Инвариант такой:

Пусть нам требуется вычислить значение . Тогда вначале мы помещаем в стек число , а последовательность содержит единственный символ f. (При этом инвариант соблюдается.) Далее с последовательностью и стеком выполняются такие преобразования: Здесь , , - числа, - последовательность чисел, - последовательность чисел и символов f, l, r, h. В последней строке предполагается, что . Эта строка соответствует равенству Преобразования выполняются, пока последовательность не станет пуста. В этот момент в стеке окажется единственное число, которое и будет ответом.

Замечание. Последовательность по существу представляет собой стек отложенных заданий (вершина которого находится слева).