【Java】——深入探索Java方法递归与输入输出

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🔍系列专栏：【Java】内容概括

在Java编程的广阔领域中，方法递归和输入输出（I/O）是两个极为重要的概念。方法递归为解决特定类型的问题提供了一种优雅且高效的思路；而输入输出则是Java程序与外部世界交互的桥梁，无论是读取文件数据，还是向控制台输出信息，都离不开I/O操作。深入理解并熟练运用这两者，对于提升Java编程能力至关重要。

一、方法递归

1.什么是递归

我们小时候应该都听过这样一个故事，“从前有座山，山上有座庙，庙里有个老和尚讲故事，讲的是：“从前有座山，山上有座庙，庙里有个老和尚讲故事，讲的是：“从前有座山，山上有座庙，庙里有个老和尚讲故事…
这个故事就很好的体现出了递归,它有一个特征：自身中又包含了自己这种思想在编程和数学中非常有用
so:

递归是指在一个方法内部调用自身的过程。它基于一个简单而强大的概念：将一个复杂的问题分解为一个或多个与原问题相似但规模更小的子问题，当子问题小到可以直接解决时，递归就会停止。

递归的必要条件：

• 将原问题分解成其子问题（子问题必须与原问题解法相同）
• 递归出口（结束条件，也就是其实条件）

2. 代码示例

递归求N的阶乘

public class Test {

    public static int fac(int N){
        if(N == 1){
            return 1;
        }
        int ret = N * fac(N-1);//调用自身
        return ret;
}

    public static void main(String[] args) {
      int ret = fac(5);
        System.out.println(ret);
    }
}

执行结果：

3.递归的执行过程

递归的程序执行过程还是比较复杂的，我们要先理解方法的执行过程，尤其是方法执行结束后，回到调用位置继续执行

计算5的阶乘，fac(5) 会调用发出fac(4) , fac(4) 又会调用fac(3) ,以此类推…直到fac(1)。然后从fac(1) 开始返回结果，逐步计算出fac(5)的值，这个过程在Java虚拟机的调用栈（方法调用时，会有一个“栈”这样的内存空间描述当前的调用关系，称为调用栈）中进行，每一次递归调用都会在调用栈中压入一个新的栈帧，包含这次调用的参数和局部变量等，当递归返回时，相应的栈帧从调用栈中弹出。

这个图片可以帮助我们更好的理解

4.递归的优缺点

• 优点在于代码简洁、优雅，符合人类对问题的分解思考方式，对于某些问题如树形结构遍历，递归实现非常直观。
• 由于递归调用会消耗栈空间，对于规模较大的问题，可能导致栈溢出错误。此外，递归方法的执行效率相对较低，因为每次调用都伴随着方法调用开销和栈操作。

5.递归使用实例

1. 按顺序打印⼀个数字的每⼀位

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        print(2025);
    }

    public static void print(int n) {
        if (n <= 9) {
            System.out.println(n);
        } else {
            print(n / 10);
            System.out.println(n % 10);
        }
    }
}

执行结果：

2.递归求 1 + 2 + 3 + … + 10

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int ret = sum(10);
        System.out.println(ret);
    }
    public static int sum(int n){
        if(n == 1){
            return 1;
        }
        int ret = n+sum(n-1);
        return ret;
    }
}

执行结果：

3.求斐波那契数列的第 N 项

斐波那契数列的定义是：从第三项开始，每一项都等于前两项之和。该数列的前两项通常定义为0和1，即F(0)=0，F(1)=1，那么后续的项依次为：F(n)=F(n- 1)+F(n - 2)（n\geq2，n为整数）。所以这个数列的前几项就是0,1,1,2,3,5,8,13,21,34…

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
       int tmp = fib(6);//第6项
        System.out.println(tmp);
    }
    public static int fib(int n){
        if(n == 1 || n == 2){
            return 1;
        }
        int ret = fib(n-1)+fib(n-2);
        return ret;
    }
}

执行结果：

二、Java中的输入输出

1.输出

1.1 基本语法

System.out.println(msg);//输出字符串，换行
System.out.print(msg);//不换行
System.out.printf(format, msg);//格式化输出

• print 后面带\n 就换行
• 与C语言基本一致
• 快捷键：输入sout 回车

1.2 格式化字符串

2.输入

2.1 键盘输入的四个步骤：

• 导包import java.util.Scanner；
• 创建Scanner 类型对象：
  Scanner scan = new Scanner(System.in);
• 调用Scanner类的相关方法:(nextInt)/(nextFloat)…
• 调用关闭方法：scan.close()

2.2 怎么导包

输入要使用Scanner读取字符串，整型，浮点数，（Scanner就是一个工具）但使用Scanner需要导入java.util.Scanner包

import java.util.Scanner;

页面顶部就会出现这一句，这样就完成导包了

2.3 示例

1.输入一个数，并打印

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //           =  对象——>System.in 标准输入
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        int a = scan.nextInt();//输入
        System.out.println(a);
    }
}

执行结果：

2.打印姓名/年龄/身高/体重

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入你的姓名：");
        String name = sc.nextLine();
        System.out.println(name);
        System.out.println("请输入你的年龄：");
        int age = sc.nextInt();
        System.out.println(age);
        System.out.println("请输入你的身高：");
        float h = sc.nextFloat();
        System.out.println(h);
        System.out.println("请输入你的体重：");
        float w = sc.nextFloat();
        System.out.println(w);
        sc.close();
    }
}

执行结果：

2.4 多组输入

循环读取

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextInt()){
            int n = scanner.nextInt();
            System.out.println(n);
        }
    }
}

执行结果：

注意：

• 当循环输⼊多个数据的时候, 使⽤== ctrl + z 来结束输⼊，IDEA中使用ctrl + d==
• Scanner 常⻅⽅法参考帮助⼿册

【总结】
Java方法递归提供了一种独特的问题解决思路，适用于具有递归结构的问题，但使用时需注意栈溢出和性能问题。Java输入输出流体系为程序与外部世界交互提供了强大而灵活的工具，熟练掌握这两个重要的Java特性，将使开发者在处理各种编程任务时更加得心应手。