C语言超详细讲解递归算法汉诺塔
目录
- 题目描述
- 画图分析
- 思路总结
- 代码实现
- 总结
题目描述
汉诺塔问题起源于一个传说
汉诺塔又被称为河内塔,传说,在世界中心贝拿勒斯(在印度北部)的圣庙里,一块黄铜板上插着三根宝石针。
印度教的主神梵天在创造世界的时候,在其中一根针上从下到上地穿好了由大到小的64片金片,这就是所谓的汉诺塔。 不论白天黑夜,总有一个僧侣在按照下面的法则移动这些金片:一次只移动一片,不管在哪根针上,小片必须在大片上面。 僧侣们预言,当所有的金片都从梵天穿好的那根针上移到另外一根针上时,世界就将在一声霹雳中消灭,而梵塔、庙宇和众生也都将同归于尽。
我们现在要研究的就是在不同情况下盘子的移动顺序和移动的次数。
画图分析
由简到繁,我们先从最简单的情况来分析:
~~只有一个盘子的时候:
只有一个盘子我们直接把它从A柱移到C柱就行,此时移动次数是1,移动顺序是 A->C
~~有两个盘子的时候:
有两个盘子的时候我们需要先将较小的盘子移动到B柱,然后将较大的盘子移动C柱,再将B柱上的盘子移动到C柱;此时移动次数是3,移动顺序是 A->B A->C B->C
~~有三个盘子的时候:
有三个盘子的时侯,我们把最小的盘子命名为1,中间的为2,最大的为3,那么移动顺序应该是:1号移到到C柱,2号移动到B柱,1号移动到B柱,3号移动到C柱,1号移动到A柱,2号移动到C柱,1号移动到C柱;一共移动7次,移动顺序是A->C A->B C->B A->C B->A B->C A->C
A->C A->B C->B
A->C B->A
B->C A->C
思路总结
在上面的移动过程中,B柱始终起着中转的作用,我们我们可以理解为:
- A柱:起始柱
- B柱:中转柱
- C柱:目标柱
同时,我们发现一个盘子时需要移动一次,两个盘子时需要移动3次,3个盘子时需要移动7次,所以总结规律:n个盘子需要移动的次数是 2n-1 次。
其次,我们可以把上面的移动过程简化为三个步骤:
- 把n-1个盘子通过C柱移到B柱上。
- 把A柱上的最后一个盘子移动到C柱上。
- 把n-1个盘子通过A柱移动到C柱上。
比如,上面盘子个数为三的时候,我们可以分解为:第一步:1号移到到C柱,2号移动到B柱,1号移动到B柱;第二步:3号移动到C柱;第三步:1号移动到A柱,2号移动到C柱,1号移动到C柱。
所以,n个盘子的移动顺序为:
1、把n-1个盘子通过C柱移到B柱上。
2. 把A柱上的最后一个盘子移动到C柱上。
3. 把n-1个盘子通过A柱移动到C柱上。
代码实现
#include<stdio.h> //Move函数,用来移动盘子,pos1表示起始柱,pos2表示目标柱 void Move(char pos1, char pos2) { printf("%c->%c ", pos1, pos2); //把pos1的盘子移动到pos2 } //Hanoi函数,用来实现汉诺塔,其中n表示盘子的个数,pos1表示起始柱,pos2表示中转柱,pos3表示目标柱 void Hanoi(int n, char pos1, char pos2, char pos3) { if (1 == n) //当n==1时,直接把盘子从A柱移动到C柱 { Move(pos1, pos3); } else //当n不等于1时,分三步走 { //第一步:将n-1个盘子通过C柱移动到B柱,此时C柱时中转柱,B柱是目标柱 Hanoi(n - 1, pos1, pos3, pos2); //第二步:把A柱最后一个盘子直接移动到C柱 Move(pos1, pos3); //第三步:将n-1个盘子通过A柱移动到C柱,此时B柱是起始柱,A柱是中转柱,C柱是目标柱 Hanoi(n - 1, pos2, pos1, pos3); } } int main() { //定义一个变量来表示盘子的个数 int n = 0; //定义三个字符变量来表示三根柱子 char pos1 = 'A'; char pos2 = 'B'; char pos3 = 'C'; //调用hanoi函数 Hanoi(1, pos1, pos2, pos3); //n为1 printf("\n"); Hanoi(2, pos1, pos2, pos3); //n为2 printf("\n"); Hanoi(3, pos1, pos2, pos3); //n为3 printf("\n"); Hanoi(4, pos1, pos2, pos3); //n为4 printf("\n"); return 0; }
总结
知道了汉诺塔的逻辑后,我们重新回到这个问题,我们发现,要把64片金片全部挪完需要挪动 264-1 次,假设这个僧侣一秒钟移动一次,那么一共要挪 (264-1) / 3600 / 24 / 365 = 584,942,417,355(年),那时候地球已经毁灭也不是没有可能,哈哈。
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