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算法詳解--漢諾塔

From Gossip@caterpillar

Algorithm Gossip: 漢諾塔算法詳解

 說明

河內(nèi)之塔(Towers of Hanoi)是法國人M.Claus(Lucas)于1883年從泰國帶至法國的,河內(nèi)為越戰(zhàn)時北越的首都,即現(xiàn)在的胡志明市;1883年法國數(shù)學(xué)家 Edouard Lucas曾提及這個故事,據(jù)說創(chuàng)世紀(jì)時Benares有一座波羅教塔,是由三支鉆石棒(Pag)所支撐,開始時神在第一根棒上放置64個由上至下依由小 至大排列的金盤(Disc),并命令僧侶將所有的金盤從第一根石棒移至第三根石棒,且搬運(yùn)過程中遵守大盤子在小盤子之下的原則,若每日僅搬一個盤子,則當(dāng) 盤子全數(shù)搬運(yùn)完畢之時,此塔將毀損,而也就是世界末日來臨之時。

解法

如果柱子標(biāo)為ABC,要由A搬至C,在只有一個盤子時,就將它直接搬至C,當(dāng)有兩個盤子,就將B當(dāng)作輔助柱。 

 
 

如果盤數(shù)超過2個,將第三個以下的盤子遮起來,就很簡單了,每次處理兩個盤子,也就是:A->B、A ->C、B->C這三個步驟,而被遮住的部份,其實(shí)就是進(jìn)入程式的遞回處理。
 
 

事實(shí)上,若有n個盤子,則移動完畢所需之次數(shù)為2^n - 1,所以當(dāng)盤數(shù)為64時,則所需次數(shù)為:

264- 1 = 18446744073709551615

為5.05390248594782e+16年,也就是約5000世紀(jì),如果對這數(shù)字沒什么概念,就假設(shè)每秒鐘搬一個盤子好了,也要約5850億年左右。 

演算法

Procedure HANOI(n, A, B, C) [
IF(n == 1) [
PRINT("Move sheet " n " from " A " to " C);
]
ELSE [
HANOI(n-1, A, C, B);
PRINT("Move sheet " n " from " A " to " C);
HANOI(n-1, B, A, C);
]
]

實(shí)作

  • C
#include <stdio.h>

void hanoi(int n, char A, char B, char C) {
if(n == 1) {
printf("Move sheet %d from %c to %c\n", n, A, C);
}
else {
hanoi(n-1, A, C, B);
printf("Move sheet %d from %c to %c\n", n, A, C);
hanoi(n-1, B, A, C);
}
}

int main() {
int n;
printf("請輸入盤數(shù):");
scanf("%d", &n);
hanoi(n, 'A', 'B', 'C');
return 0;
}
  • Java
import java.io.*;

public class Hanoi {
public static void main(String args[]) throws IOException {
int n;
BufferedReader buf;
buf = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

System.out.print("請輸入盤數(shù):");
n = Integer.parseInt(buf.readLine());

Hanoi hanoi = new Hanoi();
hanoi.move(n, 'A', 'B', 'C');
}

public void move(int n, char a, char b, char c) {
if(n == 1)
System.out.println("盤 " + n + " 由 " + a + " 移至 " + c);
else {
move(n - 1, a, c, b);
System.out.println("盤 " + n + " 由 " + a + " 移至 " + c);
move(n - 1, b, a, c);
}
}
}

解釋如下:【From:http://zhidao.baidu.com/question/10992444

Hanoi塔問題, 算法分析如下,設(shè)A上有n個盤子。
如果n=1,則將圓盤從A直接移動到C。
如果n=2,則:
(1)將A上的n-1(等于1)個圓盤移到B上;
(2)再將A上的一個圓盤移到C上;
(3)最后將B上的n-1(等于1)個圓盤移到C上。
如果n=3,則:
A)將A上的n-1(等于2,令其為n`)個圓盤移到B(借助于C),步驟如下:
(1)將A上的n`-1(等于1)個圓盤移到C上。
(2)將A上的一個圓盤移到B。
(3)將C上的n`-1(等于1)個圓盤移到B。
B)將A上的一個圓盤移到C。
C)將B上的n-1(等于2,令其為n`)個圓盤移到C(借助A),步驟如下:
(1)將B上的n`-1(等于1)個圓盤移到A。
(2)將B上的一個盤子移到C。
(3)將A上的n`-1(等于1)個圓盤移到C。到此,完成了三個圓盤的移動過程。

從上面分析可以看出,當(dāng)n大于等于2時, 移動的過程可分解為三個步驟:第一步 把A上的n-1個圓盤移到B上;第二步 把A上的一個圓盤移到C上;第三步 把B上的n-1個圓盤移到C上;其中第一步和第三步是類同的。 當(dāng)n=3時,第一步和第三步又分解為類同的三步,即把n`-1個圓盤從一個針移到另一個針上,這里的n`=n-1。
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