今天,我们来讲树这种数据结构的一种特殊应用,递归树。

我们都知道,递归代码的时间复杂度分析起来很麻烦。我们在第 12 节《排序(下)》那里讲过,如何利用递推公式,求解归并排序、快速排序的时间复杂度,但是,有些情况,比如快排的平均时间复杂度的分析,用递推公式的话,会涉及非常复杂的数学推导。

除了用递推公式这种比较复杂的分析方法,有没有更简单的方法呢?今天,我们就来学习另外一种方法,借助递归树来分析递归算法的时间复杂度

递归树与时间复杂度分析

我们前面讲过,递归的思想就是,将大问题分解为小问题来求解,然后再将小问题分解为小小问题。这样一层一层地分解,直到问题的数据规模被分解得足够小,不用继续递归分解为止。

如果我们把这个一层一层的分解过程画成图,它其实就是一棵树。我们给这棵树起一个名字,叫作递归树。我这里画了一棵斐波那契数列的递归树,你可以看看。节点里的数字表示数据的规模,一个节点的求解可以分解为左右子节点两个问题的求解。

通过这个例子,你对递归树的样子应该有个感性的认识了,看起来并不复杂。现在,我们就来看,如何用递归树来求解时间复杂度

归并排序算法你还记得吧?它的递归实现代码非常简洁。现在我们就借助归并排序来看看,如何用递归树,来分析递归代码的时间复杂度。

归并排序的原理我就不详细介绍了,如果你忘记了,可以回看一下第 12 节的内容。归并排序每次会将数据规模一分为二。我们把归并排序画成递归树,就是下面这个样子:

因为每次分解都是一分为二,所以代价很低,我们把时间上的消耗记作常量 11