关于汉诺塔问题C语言,就我一菜鸡的主观解读

关于汉诺塔问题C语言,就我一菜鸡的主观解读

首页休闲益智Tower of Hanoi 汉诺塔更新时间:2024-07-17

写在前面:我是菜鸡,文章都是主观的我认为,不保证正确性,我是菜鸡,求轻喷

汉诺塔问题:相传在古印度圣庙中,有一种被称为汉诺塔(Hanoi)的游戏。该游戏是在一块铜板装置上,有三根杆(编号A、B、C),在A杆自下而上、由大到小按顺序放置64个金盘(如图1)。游戏的目标:把A杆上的金盘全部移到C杆上,并仍保持原有顺序叠好。操作规则:每次只能移动一个盘子,并且在移动过程中三根杆上都始终保持大盘在下,小盘在上,操作过程中盘子可以置于A、B、C任一杆上。

好,然后很显然嘛,我是菜鸡,解决不了这个问题。那么去搜答案嘛。一搜就出来了,一大堆,按着几个推送在前面的进去……培训班广告。行嘛,继续再往下找。一个看起来就很厉害的老师开始分析:同学们,看看汉诺塔问题。刚才我们已经进行了递归的学习,相信同学们已经熟练掌握了技巧,我们可以把这个问题简化为三个步骤。

(1)以C盘为中介,从A杆将1至n-1号盘移至B杆;

(2)将A杆中剩下的第n号盘移至C杆;

(3)以A杆为中介;从B杆将1至n-1号盘移至C杆。

说完然后就开始写代码了,然后就写完了,然后就是牛逼牛逼!看的我是一脸懵逼。我接着去搜好几个,讲法完全雷同,但并没有人仔细讲解到底是怎么实现的,具体递归的步骤演示,就是强调上面三个步骤,然后代码就出来了。我的感受,就是仿佛人类从原始社会一跃到了登上火星。以前有人调侃说,数学课上弯腰捡起来一支笔,从此一个学期的数学课都在坐飞机——我当时的内心就是这样,区别是我连腰都没有弯,一直死盯着黑板。

void Move(char pos1, char pos2)
{
printf("%c->%c ", pos1, pos2);
}


void Hanoi(int n, char pos1, char pos2, char pos3)
{
if (1 == n)
{
Move(pos1, pos3);
}
else
{
Hanoi(n - 1, pos1, pos3, pos2);
Move(pos1, pos3);
Hanoi(n - 1, pos2, pos1, pos3);
}
}


int main()
{
int n = 0;
char pos1 = 'A';
char pos2 = 'B';
char pos3 = 'C';
Hanoi(1, pos1, pos2, pos3);
Hanoi(2, pos1, pos2, pos3);
printf("\n");
Hanoi(3, pos1, pos2, pos3);
printf("\n");
Hanoi(4, pos1, pos2, pos3);
printf("\n");
return 0;
}
把源码贴上来,为什么贴,大家懂得都懂哈。不知道直接复制粘贴好不好用。

然后我研究这玩意研究了半天,当然我最后研究得应该可以说是七七八八了。天才就略过我吧,可能我是真的蠢。我研究的结论是,你能搜到的一大半对这个问题的解读是属于,老手不用听一点就会,新手听不懂一脸茫然。起码我就是这么觉得:我前几次看这代码,连递归从哪里进,从哪里出来都不知道。

言归正传(首先你接受我比较蠢的这个设定,接下来就好看多了):

在开始之前,理解一下大家都强调的那三个步骤。我觉得那个我还是能理解的,就是把塔分成两块嘛,一块移到B,最下层移到C,再把B的移到C。那么我遇到的第一个问题,抛开递归步骤不谈——我确实未能领会,按照别人说的,只是单纯重复强调的那三个步骤。那开头或者结尾,不论算的塔有几层,都该有一步是完全一样的,开头都应该是A->B,结束都该是A->C。但代码随便跑一下显然不是这么回事:

你发现是交错着的。这个要解释起来很简单,你一块的时候,直接从A柱就移动到C柱了,而你两块的时候必须经过B柱的周转。有些人可能会说,三块也从B柱周转就行啊,三块的时候若你最上面一块,移动到B柱,那同样的步数,你最下面一块只能放在B柱,而不是C柱上。也就是说,塔层为单数的时候第一步是A到C,最后一步也是A到C;而双数的时候,第一步是A到B,必以B到C收尾。而代码也是在Hanoi(n - 1, pos1, pos3, pos2)这一步在反复递归中,不停地交换位置,实现这一点的。

我不知道为什么没人提这点,可能大家都默认知道?但是我比较笨,不太理解。第一个写出代码的人,应该是考虑过这个问题的,而不是单纯按着那三个步骤,然后就哗哗哗流畅地写出来了。很巧妙!

第二个问题就是怎么递归的,说得再通俗一点,就是程序运行的顺序是怎么样的?这个简单,逐语句调试,一条条跑。以及它为什么是这个顺序。在我没看到下面这张图,和另外一篇很角落才现的文章前,我不理解,它的递归为什么是这么一个运行逻辑。

三块的示例

下⾯我们以n=3为例来详细地解释⼀遍,这⾥我们需要⽤到⼀点栈的概念,简单说就是每⼀次递归之前程序都会将现在的数据储存在栈中(从下往上存储),递归结束后会依次从上往下调出数据,之后程序就会返回到这个数据存储的地⽅向后继续执⾏,此时栈中的这⼀条数据也会消失。

当程序执⾏到第⼀个hanoi函数时,显然n!=1,执⾏else的部分,此时hanoi函数中的变量值为hanoi(3,A,B,C),在执⾏第8⾏语句之前,⾸先要将其存放到栈中。经过下⼀⾏的递归后,四个值变为hanoi(2,A,C,B)。

此时栈中的数据为



第⼀次 hanoi(2,A,C,B)上面
初始 hanoi(3,A,B,C)下面

再运行一次,n为1,执行printf的语句。再调用hanoi2执行完消失,然后再是hanoi1执行完结束。也就是有的人解释说“跳回”,这里为什么跳回的原因。

我再用n=4一步步来走一遍,主函数开始就不用看了,直接从hanoi开始,主要介绍n值的变化以及程序跑的顺序:

这里进去的是n=4,if判断非,执行else第一步的hanoi,执行完后这里n=3,再回去if判断,再回第一步hanoi,n=2,再判断,回来这时候n=1,执行Move:

move就上边那玩意,move执行完之后,第一步的hanoi语句就暂告结束,但它还储存着n=2、3、4的值。按顺序,先从n=2开始。一二三步那里,就继续往下走,执行第二步的move。第三步,也就是第二次的hanoi,此时n值变为1,执行if的是,也就是move。储存是第一步的hanoi储存的(if判断是非,按顺序下来就是第一句hanoi而不是第二句),那么每次还得回到第一步hanoi结束的位置。这时候n=2的已经弄完了,排除出栈,继续n=3。执行move,再来到第二条hanoi,n值变为2,判断失败再回来,变为1,执行判断成功后的语句。因为上边还有一条n值变为2,没有处理,因此再回到第一条hanoi的时候,首先调用它,也就是n值仍然为2。接着move,再走n就变为1,执行if成功。

最复杂的n=4的时候。首先还是跳回取n=4执行move,紧随其后遍历第二条hanoi直至n为1,执行if成功。n=2再次出现在第一句hanoi完成之后,执行move,执行第三步后,n变为1,执行if成功后。 n=3再次出现在第一句hanoi完成之后,执行move,执行第三步后,n变为2,再判断一次后,执行一次hanoi第一句就if成功。再来一次从第一句hanoi结束后的n=2,因为你上一步n=3第一次变为2的时候if是失败的,它是栈里的最后一个。


叙述可能很复杂繁琐,但胜在一步步地说。反正我写完是印象深刻了。目的也达到了,希望能帮到人,哪怕一两个也好。

最后说下递归,当你发现问题能从一个大问题不断拆分成两个时,而拆分的办法又有迹可循,就是如此。

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