汉诺塔问题(递归算法)

汉诺塔(Tower of Hanoi传说越南河内某间寺院有三根银棒,上串 64 个金盘。寺院里的僧侣依照一个古老的预言,以上述规则移动这些盘子;预言说当这些盘子移动完毕,世界就会灭亡。这个传说叫做梵天寺之塔问题若传说属实,僧侣们需要{\displaystyle 2^{64}-1}步才能完成这个任务;若他们每秒可完成一个盘子的移动,就需要 5845 亿年才能完成。整个宇宙现在也不过 137 亿年。

                                        

ps:写这篇文章之前,我花了大约八分钟的时间来温习这道题,并在思考一个问题,汉诺塔问题究竟是分而治之还是减而治之。

递归求解:

首先明确一下递归的概念:把问题转化为规模缩小的同类问题的子问题。然后调用重复性过程来表示问题的解。

这种算法可以分为两种方式,分而治之 和 减而治之。

分而治之:将原问题划分为多个(通常情况下为两个)子问题,子问题的规模彼此近似相同。由子问题的解,得到原问题的解。

减而治之:原问题划分为两个子问题,其一是平凡问题(时间复杂度为O(1)),另一规模缩减。由子问题的解,倒推原问题的解。两种策略在不同的环境下各有优劣。

问题:之前的我爱把递归理解为下楼梯在上楼梯的过程,现在而言所谓的递归缩小问题规模,实际上就是不断去寻找递归基的过程,通过递推,找到可行解,在回溯到当前问题并求解。这个问题实际上和中学的数学题差不太多。

若存在函数F(x) = F(x-1) + 1,已知F(0)=1,求解F(5);

从题目中可以看到,若求F(5),必须求解F(4),依次递推,最终可得F(5) =F(4) + 1=F(3)+2(1+1)=...F(0)+5=6.

这只是临时想到的一个小问题,不过递归的思想却已经体现的淋漓尽致,当前解无法求出,只得借助底层已知解来辅助高层未知解的计算。

汉诺塔问题的递归表示:假设已经熟悉题设,共计64个盘子,三个银柱A,B,C,我们不妨这样想,将64层盘子分成两部分,把上面的63层是为一个整体,把下面的最后一层视为一个独立整体,此时盘子就仅仅就只剩下“两个”啦,一个大问题F(64)<==>拆分成F(63)一个规模减小问题和仅剩最后一个盘子的F(64号盘)复杂度为O(1)一个平凡问题,我们将F(63)的盘子从A柱移动到C柱,再从C柱移动到B柱再将64号盘从A柱直接移动到C柱。最后再把F(63)从B柱移动到A柱再移动到C柱。

这个举动可能会有人不理解,相信我,当你画三个盘子去进行实验的时候会有所发现的。

#include<iostream>
using namespace std;

class Hannoi {

private:int n = 0;

public: void hannoi(int n,char x, char y,char z);
	void move(int  n, char x, char y);
};
void Hannoi:: hannoi(int n,char x, char y,char z) {
	if (n == 1)
		move(1,x,y);
	else {
		hannoi(n - 1, x, z, y);
		move(n, x, z);
		hannoi(n - 1, y, x, z);
	}
}
void Hannoi::move(int  n, char x, char y) {
	cout << " " << n << "号从 "<<x<<"柱 --》"<<y<<"柱\n";
}

int main() {

	Hannoi* test = new Hannoi();
	test->hannoi(8,'A','B','C');

	system("pause");
	return 0;
}

 

### 汉诺塔问题递归算法实现 #### 问题描述 汉诺塔问题的核心是将若干个大小不一的盘子从一根柱子移动到另一根柱子,遵循以下规则: 1. 每次只能移动一个盘子。 2. 较大的盘子不能放置在较小的盘子之上。 3. 只能借助第三根柱子完成整个移动过程。 #### 算法分析 该问题可以通过递归方法优雅地解决。递归的关键在于定义清晰的递归终止条件和递归过程。对于 `n` 个盘子的情况: - 当 `n == 1` 时,直接将盘子从源柱移动到目标柱。 - 对于更大的 `n`,先将顶部的 `n-1` 个盘子通过辅助柱移到中间位置,再将最底下的盘子直接移到目标柱,最后把剩下的 `n-1` 个盘子从辅助柱移到目标柱[^1]。 #### C++代码实现 以下是完整的C++程序实现: ```cpp #include <iostream> using namespace std; // 定义移动单个盘子的操作 void moveDisk(int disk, char fromRod, char toRod) { cout << "将盘子 " << disk << " 从 " << fromRod << " 移动到 " << toRod << endl; } // 汉诺塔递归函数 void hanoiTower(int n, char source, char target, char auxiliary) { if (n == 1) { // 终止条件:仅剩一个盘子 moveDisk(n, source, target); } else { hanoiTower(n - 1, source, auxiliary, target); // 将上面 n-1 个盘子移到辅助柱 moveDisk(n, source, target); // 将第 n 个盘子移到目标柱 hanoiTower(n - 1, auxiliary, target, source); // 将 n-1 个盘子从辅助柱移到目标柱 } } int main() { int numberOfDisks; cout << "请输入盘子的数量: "; cin >> numberOfDisks; cout << "移动 " << numberOfDisks << " 个盘子的过程如下:" << endl; hanoiTower(numberOfDisks, 'A', 'C', 'B'); // A 是源柱,C 是目标柱,B 是辅助柱 return 0; } ``` #### 运行示例 假设输入盘子数量为 `3`,则输出结果为: ``` 请输入盘子的数量: 3 移动 3 个盘子的过程如下: 将盘子 1 从 A 移动到 C 将盘子 2 从 A 移动到 B 将盘子 1 从 C 移动到 B 将盘子 3 从 A 移动到 C 将盘子 1 从 B 移动到 A 将盘子 2 从 B 移动到 C 将盘子 1 从 A 移动到 C ``` 此结果展示了如何利用递归逐步解决问题,并满足所有约束条件[^4]。 --- ###
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