SICP 笔记--Abstractions with procedures

计算机语言的主要功能:

  • 基本操作符和操作单位(eg: number 和 加减法)
  • 聚合的方法,把多个元素集合为一(eg: 1+1)
  • 抽象的方法,让一个复杂的元素作为一个单元使用(eg: function)

函数调用方法:

  • 正常序:先完全展开再计算
  • 应用序:边计算边展开

例如:

(define (sqrt x) (* x x))
(+ (sqrt (sqrt 3)) (sqrt 4))
  • 正常序:(+ (* (* 3 3) (* 3 3)) (* 4 4)) => 97
  • 应用序:(+ (* 9 9) 16) => 97

迭代与递归:

一直有很多人认为递归就是函数调用自身。而实际上这里指的“递归”只是函数处理的形式,而并不是递归的处理形式。处理形式上迭代和递归的区别是,迭代保存了当前的运行状态,无需展开后再执行收缩,而递归是展开完全后再计算收缩。例如迭代即使中途停止,只要给它一个状态值就可以得到最终结果,而递归就不行,它没有显式保存状态值,必须从头开始运算。以调用自身的方式进行迭代的过程,我们称之为尾递归。

线性递归:

(define (factorical n)
    (if (= n 1)
        1
        (+ n (factorical (- n 1))))) 

树形递归:

斐波那契:

(define (fib n)
    (cond ((= n 0) 0)
          ((= n 1) 1)
          (else (+ (fib (- n 1))
                   (fib (- n 2))))))    

换零钱的方法数:

(define (count-change amount kinds-of-coins) (cc amout 5))
    (define (cc amount kinds-of-coins)
        (cond ((= amount 0) 1)
              ((or (< amount 0) (= kinds-of-coins 0)) 0)
              (else (+ (cc amount (- kinds-of-coins 1))
                       (cc (- amount (value kinds-of-coins)) kinds-of-coins))))))
                       

换零钱的方法数 = 不使用使用当前面额的方法数 + 使用当前面额的方法数

指数:

计算一个数的平方时一般用这个方法:

(define (exponent b n)
  (cond ((= n 0) 1)
        (else (* b (exponent b (- n 1))))))

这样计算的时间复杂度是 O(n),但是我们有更好的方法。先判断指数为奇数还是偶数,当为偶数时调用 square,为奇数就 (* b (exponent b (- n 1))),这样就可以减少接近一半的函数调用,时间复杂度为 O(log2 n)

(define (fast-exponent b n)
  (cond ((= n 0) 1)
        ((even? n) (square (fast-exponent b (/ n 2))))
        (else (* b (fast-exponent b (- n 1))))))
(define (square x) (* x x))

高阶函数:

在 lisp 中,函数可作为一个参数传进另一个函数里面,这样的话我们就能实现一个更为抽象的函数(高阶函数)。

例如一个我们实现一个 sum 函数,让它进行从 ab 的平方累加运算:

(define (sum f a next b)
  (if (> a b)
      0
      (+ (f a) (sum f (next a) next b))))
(define (normal-sum a b)
  (sum 
    (lambda (x) (* x x)) 
    a 
    (lambda (x) (+ x 1)) 
    b))

然后,我们发现其实可以总结为一个更高阶的函数 accumulate,进行任意地累次运算。

(define (accumulate combiner null-value f a next b)
  (if (> a b)
      value
      (combiner (f a) (sum f (next a) next b))))
(define (sum f a next b)
  (accumulate + 0 f a next b))

返回函数

函数可作为一个返回值,当我们返回一个函数时,这通常代表返回的函数派生自接受的函数。

(define (transform f) (lambda (y) (+ (f x) 1)))
(define num (transform (lambda (x) (* x x)) 4))

总结

sicp 的第一章主要讲一个函数是怎样从只适用于特定环节,到抽象成适用于类似的通用情况。这一章用了很多的数学公式,从牛顿迭代法到微积分,sicp 利用了牛顿迭代法是微分的特殊情况,构造了微分的方法,并从微分中派生出了牛顿迭代法,利用不定点根据牛顿迭代的函数进行搜索,可以说是抽象到了极致。我们在写自己的程序时可以适当考虑一下是否可以抽象,以及是否有必要抽象,要根据实际情况选择抽象的等级。

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