遞迴

**遞迴**（英語：Recursion），又譯為**遞歸**，在數學與電腦科學中，是指在函數的定義中使用函數自身的方法。遞迴一詞還較常用於描述以自相似方法重複事物的過程。例如，當兩面鏡子相互之間近似平行時，鏡中巢狀的圖像是以無限遞迴的形式出現的。也可以理解為自我複製的過程。

## 語言例子

1. 從前有座山，山裡有座廟，廟裡有個老和尚，正在給小和尚講故事呢！故事是什麼呢？「從前有座山，山裡有座廟，廟裡有個老和尚，正在給小和尚講故事呢！故事是什麼呢？『從前有座山，山裡有座廟，廟裡有個老和尚，正在給小和尚講故事呢！故事是什麼呢？……』」
2. 一隻狗來到廚房，偷走一小塊麵包。廚子舉起杓子，把那隻狗打死了。於是所有的狗都跑來了，給那隻狗掘了一個墳墓，還在墓碑上刻了墓誌銘，讓未來的狗可以看到：「一隻狗來到廚房，偷走一小塊麵包。廚子舉起杓子，把那隻狗打死了。於是所有的狗都跑來了，給那隻狗掘了一個墳墓，還在墓碑上刻了墓誌銘，讓未來的狗可以看到：『一隻狗來到廚房，偷走一小塊麵包。廚子舉起杓子，把那隻狗打死了。於是所有的狗都跑來了，給那隻狗掘了一個墳墓，還在墓碑上刻了墓誌銘，讓未來的狗可以看到……』」
3. 大雄在房裏，用時光電視看著從前的情況。電視畫面中的那個時候，他正在房裏，用時光電視，看著從前的情況。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，看著從前的情況……

## 正式定義

在數學和電腦科學中，遞迴指由一種（或多種）簡單的基本情況定義的一類物件或方法，並規定其他所有情況都能被還原為其基本情況。

例如，下列為某人祖先的遞迴定義：

* 某人的雙親是他的祖先（基本情況）。
* 某人祖先的雙親同樣是某人的祖先（遞迴步驟）。

費氏數列是典型的遞迴案例：

 * $F_{0}=0$ （初始值）
* $F_{1}=1$ （初始值）
* 對所有大於 1 的整數 n： $F_{n}=F_{n-1}+F_{n-2}$ （遞迴定義）

儘管有許多數學函數均可以遞迴表示，但在實際應用中，遞迴定義的高開銷往往會讓人望而卻步。例如：

 * $0!=1$ （初始值）
* 對所有大於 0 的整數 n： $n!=n\times (n-1)!$ （遞迴定義）

一種便於理解的心理模型，是認為遞迴定義對物件的定義是按照「先前定義的」同類物件來定義的。例如：你怎樣才能移動 100 個箱子？答案：你首先移動一個箱子，並記下它移動到的位置，然後再去解決較小的問題：你怎樣才能移動 99 個箱子？最終，你的問題將變為怎樣移動一個箱子，而這時你已經知道該怎麼做的。

如此的定義在數學中十分常見。例如，集合論對自然數的正式定義是：1 是一個自然數，每個自然數都有一個後繼，這一個後繼也是自然數。

以下是另一個可能更有利於理解遞迴過程的解釋：

1. 我們已經完成了嗎？如果完成了，返回結果。如果沒有這樣的**終止條件**，遞迴將會永遠地繼續下去。
2. 如果沒有，則簡化問題，解決較容易的問題，並將結果組裝成原始問題的解決辦法。然後返回該解決辦法。

這樣就有一種更有趣的描述：「為了理解遞迴，則必須首先理解遞迴。」或者更準確地，按照安德魯・普洛特金的解釋：「如果你已經知道了什麼是遞迴，只需記住答案。否則，找一個比你更接近侯世達的人；然後讓他／她來告訴你什麼是遞迴。」

數學中常見的以遞迴形式定義的案例參見函數、集合以及碎形等。

舉例：編寫一個程式使用遞迴求 n 的階乘：

## 數學之應用

遞迴定義集

### 實例：自然數

關於遞迴定義集的經典範例，可透過自然數來說明：

　
: $0\in \mathbb {N} $

　
: 若 $n\in \mathbb {N} $ ， 則 $n+1\in \mathbb {N} $

　
: 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

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迴構建出之集合，詳細請參見 哥德爾不完備定理

### 有限次分割法

有限次分割法為幾何形式之遞迴，可用以建立類碎形之圖案。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。

## 參見

* 碎形
* 差分
* 遞迴關係式
* 塔珀自指公式
* 無限反射鏡

## 參考文獻

### 註腳

### 書目

* 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.

## 外部連結

* Recursion - tutorial by Alan Gauld
* A Primer on Recursion （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）- contains pointers to recursion in Formal Languages, Linguistics, Math and Computer Science
* Google easter for recursion （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）