汉诺塔问题图解版(C语言实现,新手必看)

汉诺塔问题源自印度一个古老的传说,印度教的“创造之神”梵天创造世界时做了 3 根金刚石柱,其中的一根柱子上按照从小到大的顺序摞着 64 个黄金圆盘。梵天命令一个叫婆罗门的门徒将所有的圆盘移动到另一个柱子上,移动过程中必须遵守以下规则:

规格 1:每次只能移动柱子最顶端的一个圆盘;

规则2:每个柱子上,小圆盘永远要位于大圆盘之上;

图 1 给您展示了包含 3 个圆盘的汉诺塔问题:

图1:汉诺塔问题

一根柱子上摞着 3 个不同大小的圆盘,那么在不违反规则的前提下,如何将它们移动到另一个柱子上呢?图 2 给大家提供了一种实现方案:

图2:汉诺塔问题的解决方案

汉诺塔问题中,3 个圆盘至少需要移动 7 次,移动 n 的圆盘至少需要操作 (2^n) -1 次。

在汉诺塔问题中,当圆盘个数不大于 3 时,多数人都可以轻松想到移动方案,随着圆盘数量的增多,汉诺塔问题会越来越难。

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分治算法解决汉诺塔问题

为了方便讲解,我们将 3 个柱子分别命名为起始柱、目标柱和辅助柱。实际上,解决汉诺塔问题是有规律可循的:

1) 当起始柱上只有 1 个圆盘时,我们可以很轻易地将它移动到目标柱上;

2) 当起始柱上有 2 个圆盘时,移动过程如下图所示:

图3:移动两个圆盘

移动过程是:先将起始柱上的 1 个圆盘移动到辅助柱上,然后将起始柱上遗留的圆盘移动到目标柱上,最后将辅助柱上的圆盘移动到目标柱上。

3) 当起始柱上有 3 个圆盘时,移动过程如图 2 所示,仔细观察会发现,移动过程和 2 个圆盘的情况类似:先将起始柱上的 2 个圆盘移动到辅助柱上,然后将起始柱上遗留的圆盘移动到目标柱上,最后将辅助柱上的圆盘移动到目标柱上。

通过分析以上 3 种情况的移动思路,可以总结出一个规律:对于 n 个圆盘的汉诺塔问题,移动圆盘的过程是:

第一步:将起始柱上的 n-1 个圆盘移动到辅助柱上;

第二步:将起始柱上遗留的 1 个圆盘移动到目标柱上;

第三步:将辅助柱上的所有圆盘移动到目标柱上。

由此,n 个圆盘的汉诺塔问题就简化成了 n-1 个圆盘的汉诺塔问题。按照同样的思路,n-1 个圆盘的汉诺塔问题还可以继续简化,直至简化为移动 3 个甚至更少圆盘的汉诺塔问题。

汉诺塔问题的C语言实现

如下是解决汉诺塔问题的 C 语言程序:

#include <stdio.h>

void hanoi(int num, char sou, char tar,char aux) {

    //统计移动次数

    static int i = 1;

    //如果圆盘数量仅有 1 个,则直接从起始柱移动到目标柱

    if (num == 1) {

        printf("第%d次:从 %c 移动至 %c\n", i, sou, tar);

        i++;

    }

    else {

        //递归调用 hanoi() 函数,将 num-1 个圆盘从起始柱移动到辅助柱上

        hanoi(num - 1, sou, aux, tar);

        //将起始柱上剩余的最后一个大圆盘移动到目标柱上

        printf("第%d次:从 %c 移动至 %c\n", i, sou, tar);

        i++;

        //递归调用 hanoi() 函数,将辅助柱上的 num-1 圆盘移动到目标柱上

        hanoi(num - 1, aux, tar, sou);

    }

}

int main()

{

    //以移动 3 个圆盘为例,起始柱、目标柱、辅助柱分别用 A、B、C 表示

    hanoi(3, 'A', 'B', 'C');

    return 0;

}

程序的执行结果为:

第1次:从 A 移动至 B

第2次:从 A 移动至 C

第3次:从 B 移动至 C

第4次:从 A 移动至 B

第5次:从 C 移动至 A

第6次:从 C 移动至 B

第7次:从 A 移动至 B

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