汉诺塔

强颜欢笑 提交于 2019-12-05 03:49:39

一.介绍

汉诺塔传说是源于印度的古老传说。
汉诺塔游戏一共有三根柱子,第一根柱子上有若干个盘,另外两根柱子上没有盘。

柱子上的盘是按照大小从小到大的排列的,最上面的盘是最小的,越到下面越大。

每一次将任意一根柱子上最上面的一个盘放到另外一根柱子上,但要遵守以下两条:
1.每一次必须移动一个盘
2.大盘不可以压在小盘上面

我们的目标就是反复移动盘,直到把所有的盘从第一根柱子上全部移动到其他的柱子,比如,这里我们就定死,全部移动到第三根柱子,则达到目的。

以上6个盘的移动方法我做了个动画,如下所示:

二.递归

如果是第一次看到汉诺塔,估计会一下子变的手足无措。
但我们细细的去想想,从简单的开始入手,先看一个盘的情况,这个太简单了,只需要一步即可。

既然是递归,我们就要考虑问题的分解,也就是降阶。

我们考虑n个盘的汉诺塔问题(n>1)。

我们来看,最大的那个盘什么时候才可以移动走呢?因为这是最大的盘,大盘不可以压小盘,所以它移动的前提一定是在其他的盘都在另外一根柱子上,这样可以空出来一根柱子让它移动过去。而同时,它的存在并不影响任何小盘的移动。

于是我们可以把问题分解一下:
当n>1时,我们把n个盘从第一根柱子移动到第三根柱子,可以分为三个步骤:
1.把上面的n-1个盘从第一根柱子移动到第二根柱子
2.把最大的盘从第一根柱子移动到第三根柱子
3.把那n-1个盘从第二根柱子移动到第三根柱子

于是,一个问题就这样被分解为三个小问题,达到了递归的降阶。

用数学归纳法很容易证明上述的移动方法,对于n个盘的移动步数是2n-1

当然,问题本身的形式化,我们用可以用hanoi(n, from, to, buffer)来表示问题,n是盘子的个数,from是盘子初始时所在的柱子,to是盘子最终所在的柱子,buffer是除了from和to的另外一个柱子。

  1.   于是用伪码来表示这个递归:
  2.   hanoi(n, from, to, buffer):
  3.   begin
  4.   if n=1
  5.     begin
  6.     move_disk(from,to)
  7.     end
  8.   else
  9.     begin
  10.     hanoi(n-1,from,buffer,to)
  11.     hanoi(1,from,to,buffer)
  12.     hanoi(n-1,buffer,to,from)
  13.     end
  14.   end

递归过程动画:

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