从汉诺塔到Python递归,一波带走

本文介绍了汉诺塔问题及其Python递归解决方案。通过分析汉诺塔问题的递归思路,展示了如何利用递归函数移动盘子,并探讨了算法的时间复杂度,指出其时间复杂度为O(2^n)。

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一、汉诺塔问题

1. 汉诺塔简介

汉诺塔(Tower of Hanoi )问题是源于印度一个古老传说的益智玩具。大梵天创造世界的时候做了三根金刚石柱子,在一根柱子上从下往上按照大小顺序摞着64片黄金圆盘。大梵天命令婆罗门把圆盘从下面开始按大小顺序重新摆放在另一根柱子上。并且规定,在小圆盘上不能放大圆盘,在三根柱子之间一次只能移动一个圆盘。

在这里插入图片描述

2. 问题分析

  • 假设盘子数 n = 1,那么只需一步把盘子从A移到C。(A —> C)
  • 假设盘子数 n = 2,那么需要先把上面的小盘子从A移到B,再把下面的大盘子从A移到C,最后把小盘子从B移到C。(A —> B, A —> C, B —> C)
  • 假设盘子数 n = 3,至少需要以下七步操作:(A —> C, A —> B, C —> B, A —> C, B —> A, B —> C, A —> C),如下图:
    在这里插入图片描述
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    关键点
  • 在把全部盘子从A移到C的过程中,我们多次借用到B作为辅助柱子。假如要求是将全部盘子从A移到B,则此时辅助柱子就变为C。
  • 假如盘子数为 n,有一个很重要的思想是:将前 (n-1) 个盘子视为一个整体进行移动,则问题可以简化为三步。1. 将前 (n-1) 个盘子从A经过C的辅助移到B;2. 将第 n 个盘子直接从A移到C;3. 将前 (n-1) 个盘子从B经过A的辅助移到C。
  • 同理,假设盘子数为 n-1,即:1. 将前 (n-2) 个盘子从A经过C的辅助移到B;2. 将第 n-1 个盘子直接从A移到C;3. 将前 (n-2) 个盘子从B经过A的辅助移到C。
  • 这时我们会发现,第2步是一个简单操作,只需要一步就能搞定。而第1步和第3步的操作思想与前面类似,并且随着操作的执行, n 的数量逐渐减小,问题的规模也逐渐减小。这就是典型的递归问题

二、Python实现汉诺塔

1. 代码示例

基于Python的递归,实际上只用几行代码就可以打印出最少搬动盘子的步骤。

def move(n,a,b,c):  
    """
    # 注意这里的a,b,c是形参,与下面传入的实参'A','B','C'是通过位置对应,不是大小写字母对应
    :param n: 盘子的个数 
    :param a: a柱子
    :param b: b柱子
    :param c: c柱子
    :return: 
    """
    if n == 1:
        print(a,"->",c)
    else:
        move(n-1,a,c,b)   # 把(n-1)个盘子从a柱子经过c的辅助移到b
        move(1,a,b,c)
        move(n-1,b,a,c)   # 把(n-1)个盘子从b柱子经过a的辅助移到c

move(3,'A','B','C')  # 调用move函数并传实参

运行效果:
在这里插入图片描述

2. 代码执行流程

以 n = 3 为例,分析代码调用递归函数的流程:
需要明确的最关键的一点是:每一步的递归都要从算法的开头进行,直到出现输出为止。 也就是汉诺塔算法中每一次move都要回到开头再往下执行,直到n==1为

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