Hanoi Tower 汉诺塔问题
2012-05-21 18:51
197 查看
HanoiTower汉诺塔问题
汉诺(Hanoi)塔问题:古代有一个梵塔,塔内有三个座A、B、C,A座上有64个盘子,盘子大小不等,大的在下,小的在上(如图)。有一个和尚想把这64个盘子从A座移到B座,但每次只能允许移动一个盘子,并且在移动过程中,3个座上的盘子始终保持大盘在下,小盘在上。在移动过程中可以利用B座,要求打印移动的步骤。
其实算法非常简单,当盘子的个数为n时,移动的次数应等于2^n–1(有兴趣的可以自己证明试试看)。后来一位美国学者发现一种出人意料的简单方法,只要轮流进行两步操作就可以了。首先把三根柱子按顺序排成品字型,把所有的圆盘按从大到小的顺序放在柱子A上,根据圆盘的数量确定柱子的排放顺序:若n为偶数,按顺时针方向依次摆放ABC;
若n为奇数,按顺时针方向依次摆放ACB。
(1)按顺时针方向把圆盘1从现在的柱子移动到下一根柱子,即当n为偶数时,若圆盘1在柱子A,则把它移动到B;若圆盘1在柱子B,则把它移动到C;若圆盘1在柱子C,则把它移动到A。
(2)接着,把另外两根柱子上可以移动的圆盘移动到新的柱子上。即把非空柱子上的圆盘移动到空柱子上,当两根柱子都非空时,移动较小的圆盘。这一步没有明确规定移动哪个圆盘,你可能以为会有多种可能性,其实不然,可实施的行动是唯一的。
(3)反复进行(1)(2)操作,最后就能按规定完成汉诺塔的移动。
所以结果非常简单,就是按照移动规则向一个方向移动金片:
如3阶汉诺塔的移动:A→C,A→B,C→B,A→C,B→A,B→C,A→C
汉诺塔问题也是程序设计中的经典递归问题,下面我们将给出递归和非递归的不同实现源代码。
(一)算法次数:
H(1)=1,只有一个盘子时只需移一次。
H(n)=2*H(n-1)+1=2*2*(H(n-2))+2+1=2^k*H(n-k)+2^(k-1)+...+2+1
当k=n-1时
H(n)=2^(n-1)+2^(n-2)+...+2+1
然后求简化的式子,根据如下:
设S=2^0+2^1+2^2+……+2^n
则2S=2^1+2^2+……+2^(n+1)
所以S=2S-S=(2^1+2^2+……+2^(n+1))-(2^0+2^1+2^2+……+2^n)=2^(n+1)-2^0=2^(n+1)-1
也就是说:
H(n)=2^n-1
(二)递归算法:
以前老师是这样解释:大和尚只移最后一个小盘子,让二和尚移好其他的盘子;然后二和尚也只移一个盘子,让三和尚移好其他盘子,如此类推,每往下一个和尚,问题的规模都变小,到最后的小和尚只需移一个盘子即可。
参考别人的思路:
这个问题在盘子比较多的情况下,很难直接写出移动步骤。我们可以先分析盘子比较少的情况。假定盘子从大向小依次为:盘子1,盘子2,...,盘子64。
如果只有一个盘子,则不需要利用B座,直接将盘子从A移动到C。
如果有2个盘子,可以先将盘子1上的盘子2移动到B;将盘子1移动到c;将盘子2移动到c。这说明了:可以借助B将2个盘子从A移动到C,当然,也可以借助C将2个盘子从A移动到B。
如果有3个盘子,那么根据2个盘子的结论,可以借助c将盘子1上的两个盘子从A移动到B;将盘子1从A移动到C,A变成空座;借助A座,将B上的两个盘子移动到C。这说明:可以借助一个空座,将3个盘子从一个座移动到另一个。
如果有4个盘子,那么首先借助空座C,将盘子1上的三个盘子从A移动到B;将盘子1移动到C,A变成空座;借助空座A,将B座上的三个盘子移动到C。
上述的思路可以一直扩展到64个盘子的情况:可以借助空座C将盘子1上的63个盘子从A移动到B;将盘子1移动到C,A变成空座;借助空座A,将B座上的63个盘子移动到C。
归纳成递归公式,可以写成:
其中,Hanoi函数的第一个参数表示盘子的数量,第二个参数表示源座,第三个参数表示借用的座,第四个参数代表目的座。比如Hanoi(n-1,A,C,B)表示借助C座把n-1个盘子从A座移动到B座。
Move函数的第一个参数表示源座,第二个参数代表目的座。Move函数的功能是将源座最上面的一个盘子移动到目的座上。
根据以上的分析,不难写出程序:
[/code]
一般会简化成如下:
[/code]
汉诺塔算法的非递归实现C++源代码:
[/code]
汉诺(Hanoi)塔问题:古代有一个梵塔,塔内有三个座A、B、C,A座上有64个盘子,盘子大小不等,大的在下,小的在上(如图)。有一个和尚想把这64个盘子从A座移到B座,但每次只能允许移动一个盘子,并且在移动过程中,3个座上的盘子始终保持大盘在下,小盘在上。在移动过程中可以利用B座,要求打印移动的步骤。
其实算法非常简单,当盘子的个数为n时,移动的次数应等于2^n–1(有兴趣的可以自己证明试试看)。后来一位美国学者发现一种出人意料的简单方法,只要轮流进行两步操作就可以了。首先把三根柱子按顺序排成品字型,把所有的圆盘按从大到小的顺序放在柱子A上,根据圆盘的数量确定柱子的排放顺序:若n为偶数,按顺时针方向依次摆放ABC;
若n为奇数,按顺时针方向依次摆放ACB。
(1)按顺时针方向把圆盘1从现在的柱子移动到下一根柱子,即当n为偶数时,若圆盘1在柱子A,则把它移动到B;若圆盘1在柱子B,则把它移动到C;若圆盘1在柱子C,则把它移动到A。
(2)接着,把另外两根柱子上可以移动的圆盘移动到新的柱子上。即把非空柱子上的圆盘移动到空柱子上,当两根柱子都非空时,移动较小的圆盘。这一步没有明确规定移动哪个圆盘,你可能以为会有多种可能性,其实不然,可实施的行动是唯一的。
(3)反复进行(1)(2)操作,最后就能按规定完成汉诺塔的移动。
所以结果非常简单,就是按照移动规则向一个方向移动金片:
如3阶汉诺塔的移动:A→C,A→B,C→B,A→C,B→A,B→C,A→C
汉诺塔问题也是程序设计中的经典递归问题,下面我们将给出递归和非递归的不同实现源代码。
(一)算法次数:
H(1)=1,只有一个盘子时只需移一次。
H(n)=2*H(n-1)+1=2*2*(H(n-2))+2+1=2^k*H(n-k)+2^(k-1)+...+2+1
当k=n-1时
H(n)=2^(n-1)+2^(n-2)+...+2+1
然后求简化的式子,根据如下:
设S=2^0+2^1+2^2+……+2^n
则2S=2^1+2^2+……+2^(n+1)
所以S=2S-S=(2^1+2^2+……+2^(n+1))-(2^0+2^1+2^2+……+2^n)=2^(n+1)-2^0=2^(n+1)-1
也就是说:
H(n)=2^n-1
(二)递归算法:
以前老师是这样解释:大和尚只移最后一个小盘子,让二和尚移好其他的盘子;然后二和尚也只移一个盘子,让三和尚移好其他盘子,如此类推,每往下一个和尚,问题的规模都变小,到最后的小和尚只需移一个盘子即可。
参考别人的思路:
这个问题在盘子比较多的情况下,很难直接写出移动步骤。我们可以先分析盘子比较少的情况。假定盘子从大向小依次为:盘子1,盘子2,...,盘子64。
如果只有一个盘子,则不需要利用B座,直接将盘子从A移动到C。
如果有2个盘子,可以先将盘子1上的盘子2移动到B;将盘子1移动到c;将盘子2移动到c。这说明了:可以借助B将2个盘子从A移动到C,当然,也可以借助C将2个盘子从A移动到B。
如果有3个盘子,那么根据2个盘子的结论,可以借助c将盘子1上的两个盘子从A移动到B;将盘子1从A移动到C,A变成空座;借助A座,将B上的两个盘子移动到C。这说明:可以借助一个空座,将3个盘子从一个座移动到另一个。
如果有4个盘子,那么首先借助空座C,将盘子1上的三个盘子从A移动到B;将盘子1移动到C,A变成空座;借助空座A,将B座上的三个盘子移动到C。
上述的思路可以一直扩展到64个盘子的情况:可以借助空座C将盘子1上的63个盘子从A移动到B;将盘子1移动到C,A变成空座;借助空座A,将B座上的63个盘子移动到C。
归纳成递归公式,可以写成:
其中,Hanoi函数的第一个参数表示盘子的数量,第二个参数表示源座,第三个参数表示借用的座,第四个参数代表目的座。比如Hanoi(n-1,A,C,B)表示借助C座把n-1个盘子从A座移动到B座。
Move函数的第一个参数表示源座,第二个参数代表目的座。Move函数的功能是将源座最上面的一个盘子移动到目的座上。
根据以上的分析,不难写出程序:
[code]voidMove(charchSour,charchDest)
{
/*打印移动步骤*/
printf("\nMovethetopplateof%cto%c",chSour,chDest);
}
Hanoi(intn,charchA,charchB,charchC)
{
/*检查当前的盘子数量是否为1*/
if(n==1)/*盘子数量为1,打印结果后,不再继续进行递归*/
Move(chA,chC);
else/*盘子数量大于1,继续进行递归过程*/
{
Hanoi(n-1,chA,chC,chB);
Move(chA,chC);
Hanoi(n-1,chB,chA,chC);
}
}
main()
{
intn;
/*输入盘子的数量*/
printf("\nPleaseinputnumberoftheplates:");
scanf("%d",&n);
printf("\nMoving%dplatesfromAtoC:",n);
/*调用函数计算,并打印输出结果*/
Hanoi(n,'A','B','C');
}
[/code]
一般会简化成如下:
[code]#include<stdio.h>
intcount=0;//Thetotalmovement.
voidhanoi(intn,charA,charB,charC)
{
count++;
if(n==1)
{
printf("Movedisk%dfrom%cto%c\n",n,A,C);
}
else
{
hanoi(n-1,A,C,B);
printf("Movedisk%dfrom%cto%c\n",n,A,C);
hanoi(n-1,B,A,C);
}
}
voidmain()
{
intn;
printf("请输入数字n以解决n阶汉诺塔问题:\n");
scanf("%d",&n);
hanoi(n,'A','B','C');
}
[/code]
汉诺塔算法的非递归实现C++源代码:
[code]#include<iostream>
usingnamespacestd;
//圆盘的个数最多为64
constintMAX=64;
//用来表示每根柱子的信息
structst{
ints[MAX];//柱子上的圆盘存储情况
inttop;//栈顶,用来最上面的圆盘
charname;//柱子的名字,可以是A,B,C中的一个
intTop()//取栈顶元素
{
returns[top];
}
intPop()//出栈
{
returns[top--];
}
voidPush(intx)//入栈
{
s[++top]=x;
}
};
longPow(intx,inty);//计算x^y
voidCreat(stta[],intn);//给结构数组设置初值
voidHannuota(stta[],longmax);//移动汉诺塔的主要函数
intmain(void)
{
intn;
cin>>n;//输入圆盘的个数
stta[3];//三根柱子的信息用结构数组存储
Creat(ta,n);//给结构数组设置初值
longmax=Pow(2,n)-1;//动的次数应等于2^n-1
Hannuota(ta,max);//移动汉诺塔的主要函数
system("pause");
return0;
}
voidCreat(stta[],intn)
{
ta[0].name='A';
ta[0].top=n-1;
//把所有的圆盘按从大到小的顺序放在柱子A上
for(inti=0;i<n;i++)
ta[0].s[i]=n-i;
//柱子B,C上开始没有没有圆盘
ta[1].top=ta[2].top=0;
for(inti=0;i<n;i++)
ta[1].s[i]=ta[2].s[i]=0;
//若n为偶数,按顺时针方向依次摆放ABC
if(n%2==0)
{
ta[1].name='B';
ta[2].name='C';
}
else//若n为奇数,按顺时针方向依次摆放ACB
{
ta[1].name='C';
ta[2].name='B';
}
}
longPow(intx,inty)
{
longsum=1;
for(inti=0;i<y;i++)
sum*=x;
returnsum;
}
voidHannuota(stta[],longmax)
{
intk=0;//累计移动的次数
inti=0;
intch;
while(k<max)
{
//按顺时针方向把圆盘1从现在的柱子移动到下一根柱子
ch=ta[i%3].Pop();
ta[(i+1)%3].Push(ch);
cout<<++k<<":"<<
"Movedisk"<<ch<<"from"<<ta[i%3].name<<
"to"<<ta[(i+1)%3].name<<endl;
i++;
//把另外两根柱子上可以移动的圆盘移动到新的柱子上
if(k<max)
{
//把非空柱子上的圆盘移动到空柱子上,当两根柱子都为空时,移动较小的圆盘
if(ta[(i+1)%3].Top()==0||
ta[(i-1)%3].Top()>0&&
ta[(i+1)%3].Top()>ta[(i-1)%3].Top())
{
ch=ta[(i-1)%3].Pop();
ta[(i+1)%3].Push(ch);
cout<<++k<<":"<<"Movedisk"
<<ch<<"from"<<ta[(i-1)%3].name
<<"to"<<ta[(i+1)%3].name<<endl;
}
else
{
ch=ta[(i+1)%3].Pop();
ta[(i-1)%3].Push(ch);
cout<<++k<<":"<<"Movedisk"
<<ch<<"from"<<ta[(i+1)%3].name
<<"to"<<ta[(i-1)%3].name<<endl;
}
}
}
}
[/code]
相关文章推荐
- 3-6-汉诺塔(Hanoi Tower)问题-栈和队列-第3章-《数据结构》课本源码-严蔚敏吴伟民版
- 汉诺塔问题 hanoi tower (递归)。
- 3-6-汉诺塔(Hanoi Tower)问题-栈和队列-第3章-《数据结构》课本源码-严蔚敏吴伟民版
- 6-4汉诺塔问题
- 经典OJ:Hanoi汉诺塔的移动问题
- 汉诺塔问题
- 递归和非递归实现汉诺塔问题
- 汉诺塔问题的解决程序的实现
- 汉诺塔问题
- 动手敲代码——递归(汉诺塔问题)
- 算法基础:递归---汉诺塔问题
- 汉诺塔问题的求解
- 汉诺塔问题之递归解法
- 汉诺塔问题
- 汉诺塔问题递归算法分析
- 汉诺塔问题(c++实现)
- 机试算法讲解: 第43题 递归之汉诺塔问题
- 3行核心代码解决汉诺塔问题(C++递归实现)
- 汉诺塔问题
- 汉诺塔问题的递归实现(扩展)