题解1205汉诺塔问题

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递归算法之汉诺塔问题

【题目描述】

约19世纪末,在欧州的商店中出售一种智力玩具,在一块铜板上有三根杆,最左边的杆上自上而下、由小到大顺序串着由64个圆盘构成的塔。目的是将最左边杆上的盘全部移到中间的杆上,条件是一次只能移动一个盘,且不允许大盘放在小盘的上面。

这是一个著名的问题,几乎所有的教材上都有这个问题。由于条件是一次只能移动一个盘,且不允许大盘放在小盘上面,所以64个盘的移动次数是:18,446,744,073,709,551,615

这是一个天文数字,若每一微秒可能计算(并不输出)一次移动,那么也需要几乎一百万年。我们仅能找出问题的解决方法并解决较小N值时的汉诺塔,但很难用计算机解决64层的汉诺塔。

假定圆盘从小到大编号为1, 2, ...

【输入】

输入为一个整数(小于20)后面跟三个单字符字符串。

整数为盘子的数目,后三个字符表示三个杆子的编号。

【输出】

输出每一步移动盘子的记录。一次移动一行。

每次移动的记录为例如 a->3->b 的形式,即把编号为3的盘子从a杆移至b杆。

【输入样例】

2 a b c

【输出样例】

a->1->c
a->2->b
c->1->b
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int m;char x,y,z;
void h(int n,char a,char b,char c)//n个盘,A到B 
{   
    if(n==0) return ;
	h(n-1,a,c,b);//a-c 
	printf("%c->%d->%c\n",a,n,b);
	h(n-1,c,b,a);//c-b  
}
int main()
{
	cin >> m >> x >> y >> z; 
	h(m,x,y,z);
	return 0;
}

<think>好的,用户现在想查找C++实现汉诺塔问题的代码或解决方案。让我先回顾一下之前的对话历史,确保理解用户的需求。 用户之前询问了关于C++中欧拉筛法的实现,我给出了详细的代码和解释。现在用户提到了汉诺塔问题,并引用了之前提到的递归解决方法和移动次数公式。不过,这些引用可能来自其他问题,用户现在需要的是C++汉诺塔实现。 首先,我需要确认用户的需求:他们需要一段C++代码来解决汉诺塔问题,可能还需要解释递归的过程,以及验证移动次数是否符合公式2^n -1。用户可能希望代码有注释,便于理解,并且可能需要示例输出。 接下来,我要确保提供的代码正确。汉诺塔问题通常用递归解决,递归的步骤是将n-1个盘子从A移到B,然后将第n个盘子从A移到C,最后再将n-1个盘子从B移到C。这个过程需要正确的递归终止条件(当n=1时直接移动)。 然后,我需要参考用户提供的引用中的代码。引用[1]中的C++代码使用了类Solution,包含dfs函数和hanota方法。这可能是一个面向对象的实现,但汉诺塔通常可以用更简洁的递归函数来实现,不需要类。不过用户提供的代码可能来自某个特定的解题框架,比如LeetCode的题目,所以可能需要考虑这种结构。 用户可能还关心移动次数的验证,引用[2]中提到移动次数是2^n -1,所以在代码中可能需要计算或输出移动次数,以验证正确性。此外,是否需要打印每一步的移动过程也是需要考虑的,比如从哪个柱子移到哪个柱子。 另外,用户之前的欧拉筛法代码中有详细的注释和输出,可能希望汉诺塔代码也有类似的注释,解释每一步的作用,尤其是递归的关键部分。 现在需要确保代码正确,并且注释清晰。可能的步骤是: 1. 编写递归函数,参数包括盘子数量n,源柱子,目标柱子,辅助柱子。 2. 递归终止条件:n==1时,直接移动。 3. 递归步骤:先移动n-1个盘子到辅助柱,移动第n个盘子,再移动n-1个盘子到目标柱。 4. 在移动时打印步骤,并统计移动次数。 5. 主函数中调用递归函数,并输出总次数,验证是否为2^n -1。 同时,需要考虑到用户提供的引用中的代码可能使用了vector来模拟柱子的情况,比如LeetCode题目中的汉诺塔问题可能需要通过vector来操作,但用户现在的问题可能更关注算法实现,而不是特定的数据结构。因此,可能需要提供两种版本:一种简单的控制台输出步骤,另一种使用vector来模拟柱子的移动,如引用中的代码。 需要检查用户提供的引用中的代码是否正确。例如,在引用[1]的代码中,dfs函数参数是三个vector<int>&,代表三个柱子,n是当前要移动的盘子数量。函数中先将n-1个盘子从A移到B,然后将第n个移到C,最后将n-1个从B移到C。这种实现方式是正确的,符合汉诺塔的递归解法。因此,可能需要将此代码进行解释,并补充注释,以便用户理解。 同时,用户可能希望看到两种实现:一种更直观的打印步骤的版本,另一种类似LeetCode题解的vector操作版本。需要决定以哪个为主,但根据用户的问题,他们可能需要一个完整的C++示例,包括打印步骤和验证移动次数。 此外,用户提到“每个数只被最小的质数筛选”,这可能与之前的筛法问题有关,但当前问题汉诺塔无关,因此可以忽略这部分,专注于汉诺塔的递归实现。 现在需要组织回答结构,先给出代码示例,再逐步解析,最后总结移动次数和性能分析。同时,生成相关问题,如递归原理、移动次数计算、优化方法等。 需要确保代码中的注释清晰,解释递归的关键步骤,尤其是为什么当i%primes[j]==0时要break,但这是欧拉筛法的内容,与当前问题无关,所以不需要在此处提及。而是专注于汉诺塔的递归终止条件和步骤。 可能的错误点:在递归函数中参数的顺序是否正确,比如在移动n-1个盘子时,源柱、目标柱、辅助柱是否正确交换。例如,在第一次递归调用时,将A通过C移动到B,所以参数应该是(A, B, C, n-1),但代码中的参数顺序可能需要检查。 在用户提供的引用[1]的代码中,dfs(A, C, B, n-1)是正确的,因为要将n-1个盘子从A移到B,使用C作为辅助,所以源是A,辅助是C,目标是B。然后移动第n个盘子到C,之后再将n-1个从B移到C,使用A作为辅助,即dfs(B, A, C, n-1)。这部分需要确认是否正确。 此外,代码中使用vector的back()和pop_back()来模拟柱子的顶部盘子移动,这符合栈的结构,因为汉诺塔问题中只能移动最上面的盘子。因此,代码是正确的。 总结:需要提供两种版本的代码,一种是打印步骤的简单版本,另一种是类似引用中的使用vector的版本,并详细注释。同时,解释移动次数,并验证是否符合公式。此外,注意用户可能需要代码的注释和解释,以便理解递归过程。</think>### C++ 实现汉诺塔问题的递归解法 以下是汉诺塔问题的两种实现方式:**控制台步骤输出版**和**LeetCode风格vector操作版**,均采用递归算法实现。 --- #### 版本一:控制台步骤输出(带移动次数统计) ```cpp #include <iostream> using namespace std; int move_count = 0; // 全局变量记录移动次数 /** * @brief 递归实现汉诺塔移动步骤 * @param n 盘子数量 * @param from 源柱子 * @param to 目标柱子 * @param aux 辅助柱子 */ void hanoi(int n, char from, char to, char aux) { if (n == 1) { // 递归终止条件 cout << from << " -> " << to << endl; move_count++; return; } // 将n-1个盘子从源柱子移动到辅助柱子(借助目标柱子) hanoi(n - 1, from, aux, to); // 移动最底层的第n个盘子到目标柱子 cout << from << " -> " << to << endl; move_count++; // 将n-1个盘子从辅助柱子移动到目标柱子(借助源柱子) hanoi(n - 1, aux, to, from); } int main() { int n; cout << "请输入盘子数量: "; cin >> n; hanoi(n, 'A', 'C', 'B'); // A为起点,C为终点,B为辅助 cout << "总移动次数: " << move_count << " (理论值: " << (1 << n) - 1 << ")" << endl; return 0; } ``` #### 版本二:LeetCode风格vector操作(参考用户提供的代码[^1]) ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; class Solution { private: /** * @brief 深度优先搜索实现汉诺塔移动 * @param A 源柱子 * @param B 辅助柱子 * @param C 目标柱子 * @param n 当前需要移动的盘子数量 */ void dfs(vector<int>& A, vector<int>& B, vector<int>& C, int n) { if (n == 1) { C.push_back(A.back()); // 将A顶部的盘子移动到C A.pop_back(); return; } dfs(A, C, B, n - 1); // 将n-1个盘子从A移到B(使用C辅助) C.push_back(A.back()); // 将第n个盘子从A移到C A.pop_back(); dfs(B, A, C, n - 1); // 将n-1个盘子从B移到C(使用A辅助) } public: void hanota(vector<int>& A, vector<int>& B, vector<int>& C) { dfs(A, B, C, A.size()); // 调用递归函数 } }; int main() { Solution sol; vector<int> A = {3, 2, 1}; // 初始盘子(3在最底,1在顶部) vector<int> B, C; sol.hanota(A, B, C); cout << "目标柱子C中的盘子: "; for (int num : C) cout << num << " "; cout << "\n理论移动次数: " << (1 << C.size()) - 1 << endl; return 0; } ``` --- ### 代码解析 1. **递归逻辑** - **终止条件**:当只剩一个盘子时,直接移动 `from → to`。 - **三步骤分解**(以版本一为例): ```cpp hanoi(n - 1, from, aux, to); // Step1: 移动n-1个到辅助柱 cout << from << " -> " << to; // Step2: 移动第n个到目标柱 hanoi(n - 1, aux, to, from); // Step3: 将n-1个从辅助柱移到目标柱 ``` - 通过递归树展开,总移动次数为 $2^n - 1$,时间复杂度为 $O(2^n)$[^2]。 2. **vector操作版关键点** - 使用 `vector` 模拟柱子,`push_back()` 和 `pop_back()` 操作对应盘子的移动。 - 参数顺序 `dfs(A, C, B, n-1)` 表示将盘子从A移到B,C作为辅助柱[^1]。 --- ### 运行示例 #### 版本一输出(n=3时) ``` A -> C A -> B C -> B A -> C B -> A B -> C A -> C 总移动次数: 7 (理论值: 7) ``` #### 版本二输出 ``` 目标柱子C中的盘子: 3 2 1 理论移动次数: 7 ``` --- ### 性能分析 - **时间复杂度**:$O(2^n)$,每增加一个盘子,操作数翻倍。 - **空间复杂度**:$O(n)$,递归调用栈的深度为n。 ---
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