数据结构入门之汉诺塔游戏

最近毕业设计基本完成,又重拾了数据结构的学习,正好学到了递归的一个教学案例——汉诺塔游戏,感觉非常地有趣,而且学习过程颇有曲折,于是记录一下。
熟悉汉诺塔的背景的请跳过下面一段:
据说,1884年,法国数学家卢卡斯,发明了休闲数学上的一种游戏,名为汉诺塔,取自印度的某些神话传说。

汉诺塔游戏背景故事:
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。

汉诺塔抛开其神话色彩之外,其实是一个很有趣的数学问题,既然是数学问题,那么我就可以通过建模实现用程序进行解答,从而求出所需要的步骤以及每一步具体的移动轨迹。

汉诺塔游戏规则大概意思是有A、B、C三根柱子,A柱子有n个大小不一的圆盘按照从上到下逐渐变大的顺序套在上面,现在要求把所有的圆盘从A柱子按照原顺序挪到C柱子。
要求一:一次只能移动一个圆盘
要求二:在整个游戏过程中,小圆盘永远不能位于大圆盘上方

咋一看,非常地抽象难懂,那么怎么解决呢?其实是依靠一种递归的思想。

举例:现有ABC三根柱子,n个大小不一的圆盘套在A柱子,按照汉诺塔规则把A柱子的圆盘挪到C柱子上。

image.png

其核心解决步骤可抽象为三步:

1、把A柱子上除了最底下那个最大的圆盘外的其它所有圆盘想办法挪到B柱子。
(此时A柱子只剩下一个最大的圆盘,B柱子有n-1个圆盘,C柱子没有圆盘)


image.png

2、把A的圆盘柱子先挪到C柱子上


image.png

3、把B柱子上的n-1个圆盘想办法挪到C柱子


image.png

这样就完成了最初的目标:把A上的圆盘挪到C上。

但是,你是否有注意到一点:这三步中有一个很模糊的词语:想办法
怎么想办法呢?就算是n-1个,要挪动也很困难啊,一会左挪一会右挪完全无法找到规律啊,其实,你想不到办法,那你可以叫别人想办法呀。

现在假设有这样的情景:我叫你想办法把A柱子上的n-1个盘子挪到B柱子,因为你挪完了我才可以把最下面那个圆盘挪到C柱子,等我挪到C柱子后,你还要负责把B柱子上的n-1个圆盘挪到C柱子重新压在我那个圆盘上,至于你怎么挪,我不管。

然后我这边由于你还没有把圆盘挪到B柱子上,所以我一直在等,而你一转身,拉了另外一个人过来说,你给我把除了最下面两个圆盘,其它的圆盘挪到C柱子,因为你挪完了,我才可以把次下面那个圆盘先放到B柱子,等我挪到B柱子后,你还要负责把C柱子上那n-2个圆盘重新挪回到B柱子上压在我那个圆盘上,至于你怎么挪,我不管(你心想,只要那个人把任务完成了,你不也就可以完成我交给你的任务了吗)

然后就是无尽的循环,一个人拉另外一个人。。。

直到柱子上只剩下最上面那个圆盘没人可以推脱了,于是他啪一下就跳过去了,跳过去之后,紧接着它下面的圆盘也想跳到它那根柱子,通过一番挪移,成功了,然后又是一个个跳,跳到最后发现,所有的圆盘都已经从A柱子来到了C柱子。

讲的有点啰嗦了,其实是想尽可能地把东西表达清楚。

接下来话不多说,直接上代码。
在这里我采用的是递归来实现(似乎还可以通过堆栈来实现?)

void move(int n,char from,char buffer,char to){
        //如果是最上面的盘子,可以直接挪动
    if(n == 1){
        printf("将第%d个盘子,从%c柱移动到%c柱\n",n,from,to);
    }else{
                //如果不是最上面的盘子,要挪动就要叫人
        move(n-1,from,to,buffer);
        printf("将第%d个盘子,从%c柱移动到%c柱\n",n,from,to);
        move(n-1,buffer,from,to);
    }   
}
int main(void){
    int n = 6;
    char from = 'A';
    char buffer = 'B';
    char to = 'C';
    move(n,from,buffer,to);

    return 0;
}

结果如下:


image.png
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