五种典型的递推关系(二)Hanoi塔问题

Hanoi塔问题:

问题的提出:Hanoi塔由n个大小不同的圆盘和三根木柱a,b,c组成。开始时,这n个圆盘由大到小依次套在a柱上,要求把a柱上n个圆盘按下述规则移到c盘上:

(1)一次只能移一次圆盘

(2)圆盘只能在三个柱上存放

(3)在移动过程中,不允许大盘压小盘

问这n个圆盘从a柱上移动到c柱上,总共需要移动多少个盘次?


Hanoi塔

解:设h_{n} 为n个盘子从a柱到c柱所需移动的盘次,显然,当n=1时,只需把a柱上的盘子直接移动到c柱就可以了,故h_{1} =1。当n=2时,先将a柱上面的小盘子移动到b柱上去;然后将大盘子从a柱移到c 柱;最后,将b柱上的小盘子移到c柱上,共记3个盘次,故h_{2} =3。以此类推,当a柱上有n(n>=2)个盘子时,总是先借助c柱把上面的n-1个盘子移动到b柱上,然后把a柱最下面的盘子移动到c柱上;再借助a柱把b柱上的n-1个盘子移动到c柱上;总共移动h_{n-1} +1+h_{n-1} 个盘次。

     ∴h_{n} =2h_{n-1} +1    边界条件:h_{1} =1

代码:

#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;

int k=0,n;

void move(int n,char a,char c,char b)//a 原柱,c 目标柱,b 过渡柱

{

if(n==0)return ;

move(n-1,a,b,c);//用c柱作为协助过渡,将a柱上(n-1)片移到b柱上

k++;//次数

cout<<k<<":from"<<a<<"-->"<<c<<endl;

move(n-1,b,c,a);//同理

}

int main(){

cout<<"n=";

cin>>n;

move(n,'a','c','b');

return 0;

}

定义了子函数move把移动分成三部分:

1.先调用函数move(n-1,a,b,c),把(n-1)片移到b柱,c柱作为过渡柱

2.直接执行cout<<k<<":from"<<a<<"-->"<<c<<endl,把a柱上剩下的一片直接移到c柱上

3.调用move(n-1,b,c,a),把b柱上的(n-1)片从b移到c柱上,a柱是过渡柱

对于b柱上的(n-1)片如何移到c柱上,仍然调用上述的三步,只是把(n-1)当成了n,每调用一次,要移到目标柱上的片数n就减少了一片,直至减少到n=0时就退出,不再调用。

mov过程中出现了自己调用自己的情况,在C++中称为递归调用,这是C++语言的一个特色。对于没有递归调用功能的程序设计语言,则需要将递归过程重新设计为非递归过程的程序。

双色Hanoi塔问题:

问题描述:

 设A、B、C是3 个塔座。开始时,在塔座A 上有一叠共n 个圆盘,这些圆盘自下而上,由大到小地叠在一起。各圆盘从小到大编号为1,2,……,n,奇数号圆盘着蓝色,偶数号圆盘着红色,如图所示。现要求将塔座A 上的这一叠圆盘移到塔座B 上,并仍按同样顺序叠置。在移动圆盘时应遵守以下移动规则:

1.每次只能移动1 个圆盘;

2.任何时刻都不允许将较大的圆盘压在较小的圆盘之上;

3.任何时刻都不允许将同色圆盘叠在一起;

4.在满足移动规则(1)-(3)的前提下,可将圆盘移至A,B,C 中任一塔座上。

对于给定的正整数n,编程计算最优移动方案。


双色Hanoi塔

输入:

一个正整数n

输出:

将计算出的最优移动方案输出。每一行由一个正整数k和2个字符c1和c2组成,表示将第k个圆盘从塔座c1移到塔座c2上。2个字符之间有1个空格。

样例输入:


样例输入

样例输出:


样例输出

代码:

#include <cstdio>

#include <cstring>

#include <iostream>

#include <cmath>

using namespace std;

void oper(int n,char be,char en)

{

if (n==1) { printf("1 %c %c\n",be,en); return; }

if (be=='A'&&en=='C')

{ oper(n-1,'A','B'); printf("%d A C\n",n); oper(n-1,'B','C'); }

if (be=='C'&&en=='A')

{ oper(n-1,'C','B'); printf("%d C A\n",n); oper(n-1,'B','A'); }

if (be=='A'&&en=='B')

{ oper(n-1,'A','C'); printf("%d A B\n",n); oper(n-1,'C','B'); }

if (be=='C'&&en=='B')

{ oper(n-1,'C','A'); printf("%d C B\n",n); oper(n-1,'A','B'); }

    if (be=='B'&&en=='C')

{ oper(n-1,'B','A'); printf("%d B C\n",n); oper(n-1,'A','C'); }

    if (be=='B'&&en=='A')

{ oper(n-1,'B','C'); printf("%d B A\n",n); oper(n-1,'C','A'); }

}

int main()

{

int n;

cin>>n;

oper(n,'A','B');

return 0;

}

Hanoi双塔问题:

题目描述:

给定A,B,C三根足够长的细柱,在A柱上放有2n个中间有孔的圆盘,共有n个不同的尺寸,每个尺寸都有两个相同的圆盘,注意这两个圆盘是不加区分的(下图为n=4的情形)。现要将这些圆盘移到C柱上,在移动过程中可放在B柱上暂存。要求: 

(1)每次只能移动一个圆盘; 

(2) A、B、C三根细柱上的圆盘都要保持上小下大的顺序; 

设An为2n个圆盘完成上述任务所需的最少移动次数,对于输入的n,输出An。 


输入:

为一个正整数n,表示在A柱上放有2n个圆盘

输出:

仅一行,包含一个正整数,为完成上述任务所需的最少移动次数An。

输入样例:

1

输出样例:

2

数据范围:

对于50%的数据, 1<=n<=25 

对于100% 数据, 1<=n<=200

代码:

#include <cmath>

#include <cstdio>

#include <cstring>

#include <iostream>

using namespace std;

int f[300],n;

void oper()

{

int i;

for (i=1;i<=f[0];i++) f[i]*=2;

f[1]+=2;

for (i=1;i<=f[0];i++)

{

f[i+1]+=f[i]/10;

f[i]%=10;

}

if (f[f[0]+1]!=0) f[0]++;

}

int main()

{

cin>>n;

memset(f,0,sizeof(f)); f[0]=1; f[1]=2;

for (int i=2;i<=n;i++) oper();

for (int i=f[0];i>=1;i--) cout<<f[i];

cout<<endl;

return 0;

}

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