Hanoi 多汉诺塔问题 (dp)

这篇博客探讨了汉诺塔问题,特别是在有多个柱子的情况下如何利用动态规划(dp)方法求解最少移动步数。递推公式f[i][j] = min{f[k][j] * 2 + f[i - k][j - 1]}被提出,用于描述从i个盘子到j个柱子的最优策略。

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Hanoi

11.3

类比只有三个柱子的汉诺塔, 设f[i][j]为有i个盘子j个柱子时的最少步数. 那么肯定是把一些上面盘子移动到某根不是j的柱子上, 然后把剩下的盘子移动到j, 然后再把上面的盘子移动到j. 于是就有递推式f[i][j] = min{f[k][j] * 2 + f[i - k][j - 1]}.

#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#define LL long long
#define N 66
using namespace std;

int n, m;
LL f[N][N];

int main() {
    freopen( "hanoi.in", "r", stdin);
    freopen( "hanoi.out", "w", stdout);
    memset(f, -1, sizeof(f));
    for(int i=1; i<65; ++i) f[1][i] = 1;
    for(int i=2; i<64; ++i) {
        for(int j=3; j<=i+1; ++j)
            for(int k=1; k<i; ++k) {
                if(f[k][j] == -1 || f[i-k][j-1] == -1) continue;
                LL cc = (f[k][j] << 1) + f[i-k][j-1];
                if(f[i][j] == -1 || f[i][j] > cc) f[i][j] = cc;
            }
        for(int j=i+2; j<65; ++j) f[i][j] = f[i][j-1];
    }
    cin >> n >> m;
    printf("%lld\n", f[n][m]);
    return 0;
}
### 头歌平台上受限汉诺塔问题解决方案 #### 一、理解受限汉诺塔问题 受限汉诺塔问题是经典汉诺塔问题的一个变种,在这个问题中,除了基本的移动规则外还存在一些额外约束条件。通常情况下,这些限制可能涉及特定盘子之间的相对位置关系或是某些柱子上不允许放置超过一定数量的盘子等特殊规定。 对于此类问题而言,采用动态规划的思想有助于构建有效的求解策略[^1]。 动态规划能够把复杂的整体任务拆分成个相互关联的小型子任务来逐一攻克,并利用已经得到的结果减少不必要的重复运算次数,进而达到优化程序执行效率的目的。 #### 二、设计状态转移方程 为了实现上述目标,需要定义合适的状态表示形式以及相应地建立合理合法的状态转换逻辑表达式。假设当前有n个圆盘位于源桩A上面,则可以考虑如下几种情况: - 如果没有任何附加限制的话,那么就按照标准版汉诺塔的方式来进行操作; - 当存在某种形式上的限定因素作用于整个过程中时(比如最大允许高度h),则应该先尝试将最底部一层满足该条件下尽可能的数量搬移到辅助桩B上去;之后再依照常规流程继续处理剩余部分直到全部迁移完毕为止。 基于此思路可得出一般性的递推公式为: \[ dp[i][j]=min(dp[i−1][k]+cost(i,j,k)) \] 其中\(dp[i][j]\)代表前i层从初始位到达第j根杆所需的最少步数,而函数`cost()`用来衡量由一根指定针转移到另一根所需付出的成本代价。 ```python def hanoi(n, source='A', auxiliary='B', target='C'): if n == 0: return [] moves = [] def move_disk(disk_number, from_peg, to_peg): nonlocal moves moves.append(f"Move disk {disk_number} from peg {from_peg} to peg {to_peg}") def solve_hanoi_with_limitation(disks_on_source, max_height=None): if disks_on_source <= 0 or (max_height is not None and disks_on_source > max_height): raise ValueError("Invalid input parameters") # Base case: single disk can always be moved directly. elif disks_on_source == 1: move_disk(1, source, target) else: temp_target = auxiliary # If there's a height limitation... if max_height is not None and disks_on_source >= max_height: # Move the top `max_height - 1` disks to aux first, # then handle remaining as one big "super-disk". solve_hanoi_with_limitation(max_height - 1, max_height=max_height) super_disk_size = disks_on_source - (max_height - 1) move_super_disk(super_disk_size, source, target, temp_target) else: # Standard Hanoi solution without limitations. solve_hanoi_with_limitation(disks_on_source - 1, max_height=max_height) move_disk(disks_on_source, source, target) solve_hanoi_with_limitation(disks_on_source - 1, max_height=max_height) def move_super_disk(size, src, dest, via): """Moves multiple disks treated as a 'super disk'.""" if size > 0: solve_hanoi_with_limitation(size - 1, max_height=size) move_disk(size, src, dest) solve_hanoi_with_limitation(size - 1, max_height=size) try: solve_hanoi_with_limitation(n, max_height=...) return moves except Exception as e: print(e) ``` 请注意以上代码中的`...`处应填入具体的数值以适应具体应用场景下的不同需求设定。
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