1205:汉诺塔问题

本文介绍了汉诺塔问题的历史背景和挑战,通过分析2阶和3阶汉诺塔的解法,揭示了其递归特性。提出了解决汉诺塔问题的递归算法,并给出了C++实现代码,用于演示如何通过递归方式移动圆盘。

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一、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
二、算法分析
有很多人对汉诺塔的解法产生了兴趣。从一阶汉诺塔到N阶汉诺塔它们是否有规律性的算法?
我们在使用程序实现它之前我们来分析分析汉诺塔的解法:
我们设定三个柱子A,B,C。我们的目的是将环从A–>C。
当N=1即一阶时它的路径很简单只需要从A->C进行移动。
当N=2时我们需要进行三步:
这里我制作了一个动图来演示了过程。当然N=3时中共7步8帧,由于繁琐的制图我就不继续使用动图演示了!
3阶汉诺塔其实我们都可以轻松的解决。
那么到底他们有什么共性呢?或者说和递归有什么联系呢?
我们还是来使用图片解释:
左图为2阶汉诺塔中间的步骤之一,我们已经将小环移动到了B柱,最大环此时可以视为不存在。那么如右图所示我们将B,C柱子交换位置,那么此步骤是否和移动1阶汉诺塔一样了呢?
然后我们中间执行了将最大环从A移动到C的固定步骤

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