Rekurze

Rekurze (angl. recursion) je programátorská technika, kdy funkce volá sebe sama.

Jednoduchá rekurze skončí nekonečným voláním. Zkus zadat tento program:

def rekurzivni_funkce():
    vysledek = ...
    rekurzivni_funkce()
    return vysledek

rekurzivni_funkce()

Jak to funguje?

• Python si nadefinuje funkci rekurzivni_funkce
• Zavolá funkci rekurzivni_funkce:
  • Vypočítá výsledek
  • Zavolá funkci rekurzivni_funkce:
    • Vypočítá výsledek
    • Zavolá funkci rekurzivni_funkce:
      • Vypočítá výsledek
      • Zavolá funkci rekurzivni_funkce:
        • Vypočítá výsledek
        • Zavolá funkci rekurzivni_funkce:
          • ...
            • ... po stovkách opakování si Python všimne, že tohle asi nikam nevede, a skončí s chybou.

Tomu odpovídá chybová hláška:

Traceback (most recent call last):
  File "/tmp/ukazka.py", line 4, in <module>
    rekurzivni_funkce()
  File "/tmp/ukazka.py", line 2, in rekurzivni_funkce
    return rekurzivni_funkce()
  File "/tmp/ukazka.py", line 2, in rekurzivni_funkce
    return rekurzivni_funkce()
  File "/tmp/ukazka.py", line 2, in rekurzivni_funkce
    return rekurzivni_funkce()
  [Previous line repeated 996 more times]
RecursionError: maximum recursion depth exceeded

Hláška je zkrácená – dva řádky by se správně měly opakovat 999×, ale novější verze Pythonu je vypíšou jen třikrát.

Kontrolované zanoření

Jak rekurzi využít v praxi? Jeden způsob je si počítat, kolikrát se ještě „zanořit“.

Představ si potápěče, který prozkoumává mořské hlubiny následujícím způsobem:

• Jak „prozkoumat moře“ v určité hloubce:
  • Porozhlédnu se kolem
  • Jsem-li už teď moc hluboko, kašlu na to; nebudu prozkoumávat dál.
  • Jinak:
    • Zanořím se o 10 m níž
    • Prozkoumám moře v nové hloubce
    • Zase se o 10 m vynořím

Neboli v Pythonu:

def pruzkum(hloubka):
    print(f'Rozhlížím se v hloubce {hloubka} m')

    if hloubka >= 30:
        print('Už toho bylo dost!')
    else:
        print(f'Zanořuju se (z {hloubka} m)')

        pruzkum(hloubka + 10)

        print(f'Vynořuju se (na {hloubka} m)')

pruzkum(0)

• Python si nadefinuje funkci pruzkum
• Zavolá funkci pruzkum s hloubkou 0:
  • Vypíše Rozhlížím se v hloubce 0 m
  • Zkontroluje, že 0 ≥ 30 (což neplatí)
  • Vypíše Zanořuju se (z 0 m)
  • Zavolá funkci pruzkum s hloubkou 10 m:
    • Vypíše Rozhlížím se v hloubce 10 m
    • Zkontroluje, že 10 ≥ 30 (což neplatí)
    • Vypíše Zanořuju se (z 10 m)
    • Zavolá funkci pruzkum s hloubkou 20 m:
      • Vypíše Rozhlížím se v hloubce 20 m
      • Zkontroluje, že 20 ≥ 30 (což neplatí)
      • Vypíše Zanořuju se (z 20 m)
      • Zavolá funkci pruzkum s hloubkou 30 m:
        • Vypíše Rozhlížím se v hloubce 30 m
        • Zkontroluje, že 30 ≥ 30 (což platí! konečně!)
          • Vypíše Už toho bylo dost!
          • a skončí
      • Vypíše Vynořuju se (na 20 m)
    • Vypíše Vynořuju se (na 10 m)
  • Vypíše Vynořuju se (na 0 m)

Lokální proměnné

Na předchozím příkladu je vidět zajímavé chování lokálních proměnných. Když je potápěč „na dně“, jakou hodnotu má proměnná hloubka?

Tahle otázka je chyták. Která proměnná hloubka? Když je program „na dně“, existují čtyři různé lokální proměnné hloubka: každé zanoření, každé zavolání funkce pruzkum, má vlastní proměnnou.

Podobně jako když máš globální a lokální proměnnou stejného jména, každá funkce „vidí“ jen tu svoji proměnnou. Ale když se potápěč vynoří a volání funkce se ukončí, tato proměnná přestane existovat. A „volající“ funkce vidí svoji proměnnou, ve které je stále původní hodnota.

Pro matematiky

Rekurzivní algoritmy mají původ v matematice. Faktoriál x, neboli součin všech čísel od 1 do x, zapsaný jako x!, matematici definují takto:

• 0! = 1
• Pro kladná x je x! = x · (x - 1)!

Neboli v Pythonu:

def factorial(x):
    if x == 0:
        return 1
    elif x > 0:
        return x * factorial(x - 1)

print(factorial(5))
print(1 * 2 * 3 * 4 * 5)