2022-07-28 10:29

经典算法汉诺塔详解

wanmatea

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一、汉诺塔传说

法国数学家爱德华·卢卡斯曾编写过一个印度的古老传说:在世界中心贝拿勒斯(在印度北部)的圣庙里,一块黄铜板上插着三根宝石针。印度教的主神梵天在创造世界的时候,在其中一根针上从下到上地穿好了由大到小的64片金片,这就是所谓的汉诺塔。不论白天黑夜,总有一个僧侣在按照下面的法则移动这些金片:一次只移动一片,不管在哪根针上,小片必须在大片上面。僧侣们预言,当所有的金片都从梵天穿好的那根针上移到另外一根针上时,世界就将在一声霹雳中消灭,而梵塔、庙宇和众生也都将同归于尽。

image.png 

二、汉诺塔规则

1、有三根相邻的柱子,标号为a,b,c。

2、a柱子上从下到上按金字塔状叠放着n个不同大小的圆盘。

3、要求把所有a柱子上的圆盘按大小顺序重新摆放在c柱子上。并且规定,在小圆盘上不能放大圆盘,在三个塔之间一次只能移动一个圆盘。

三、题解步骤

1、当n=1时

将1号从A移动到C即可

2、当n=2时

第一步:将1号从A移动到B

第二步:将2号从A移动到C

第三步:将1号从B移动到C

3、当n=3时

第一步:将1号从A移动到C

第二步:将2号从A移动到B

第三步:将1号从C移动到B

第四步:将3号从A移动到C

第五步:将1号从B移动到A

第六步:将2号从B移动到C

第七步:将1号从A移动到C

......

由上述可以看出,每次都会有将最大的一个从A移动到C的步骤。假如有n(n>1)个需要移动的盘子,我们可以将这些步骤分为3步:

1、将n-1个圆盘从a->b

a>b  a起始柱 b目标柱 c辅助柱

2、将1个圆盘从a->c

a>c  a起始柱 c目标柱

3、将n-1个圆盘从2->3

b>c  b起始柱 a辅助柱 c目标柱

四、解题代码

public class Test {
//移动的次数
private static int num=0;
public static void main(String[] args) {
   move(3,'a','b','c');
}
public static void print(int no,char from,char to) {
   System.out.printf("第%d次移动,把%d号盘子从%c移动到%c\n",++num,no,from,to);
}
public static void move(int no,char a,char b,char c) {
   if(no==1) {
   print(no,a,c);
      return;
   }
   move(no-1,a,c,b);
   print(no,a,c);
   move(no-1,b,a,c);
}
}

运行结果:

image.png 

五、如何理解代码中的递归调用

所谓递归调用就是通过不断调用自己来解决问题的方法。如果无法理解,我们可以将递归所调用的自己的方法写成一个一样的方法进行调用。如此题中的汉诺塔。

当n==1时,只需要直接将1号盘从a移动到c

当n==2时,先将n==2,a,b,c代入test()方法,经过判断号再次调用test()方法,此时n==1,a,c,b,所以将1号从A移动到B,再执行print(n, a, c); move2(n - 1, b, a, c);

将2号从A移动到C,将1号从B移动到C。

当n==3时,递归的次数更多,我们可以再写一个方法来便于理解

public class Test {
//移动的次数
private static int num=0;
public static void main(String[] args) {
   move(2,'a','b','c');
}
public static void print(int no,char from,char to) {
   System.out.printf("第%d次移动,把%d号盘子从%c移动到%c\n",++num,no,from,to);
}
public static void move(int no,char a,char b,char c) {
   if(no==1) {
      print(no,a,c);
      return;
   }
   move2(no-1,a,c,b);
   print(no,a,c);
   move2(no-1,b,a,c);
}
public static void move2(int no,char a,char b,char c) {
   if(no==1) {
      print(no,a,c);
      return;
   }
   move2(no-1,a,c,b);
   print(no,a,c);
   move2(no-1,b,a,c);
}
}

此时我们不采用递归调用,只需要调用move2()方法,move2()方法重复n==2时的动作。此调用与递归的结果相同。

总结:在代码的运行过程中如果不理解调用的过程,主要原因是a,b,c在move()方法中一直会变化位置。每次选取的过渡柱子不一样

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