【Python】(十一)从汉诺塔看Python中的递归问题

递归的原则

  • 递归算法必须具有基本情况。
  • 递归算法必须改变其状态并向基本情况靠近。
  • 递归算法必须以递归方式调用自身

汉诺塔问题

法国数学家爱德华·卢卡斯曾编写过一个印度的古老传说: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。(来源:互动百科)

该问题可以简化出以下要点:

  • 64片金片,从一根针移动到另一根针上,可以借助第三根针
  • 大片永远不能放在小片的上面

汉诺塔问题的经典解法

假设金片都在宝石针A上,我们需要把这些金片借助宝石针B,移动到C上。总共有n片需要移动。

  1. 将较小的n-1片,从A,借助C,移动到B上。
  2. 将最大的第n片,从A,直接移动到C上。
  3. 将较小的n-1片,从B,借助A,移动到C上

这一思路的核心假设是在我们处理n片的时候,已经具备了处理n-1片的的能力。这就是递归的思想。当问题简化至移动1片时,我们就可以直接解决了。

#将num片金片,从from_needle,借助by_needle,向to_needle移动
def moveTower(num, from_needle, to_needle, by_needle):
    if 1 == num :
        print('Move Plate %d from %s to %s'%(num, from_needle, to_needle)) #只剩一个时,可不经过借助针,直接移动
    else:
        moveTower(num-1, from_needle, by_needle, to_needle)
        print('Move Plate %d from %s to %s'%(num, from_needle, to_needle)) # 打印出每次单片的移动
                                #所有的移动最终都可以追溯至单片的移动,因而,但打印出所有单片的移动就是打印出了所有的移动
        moveTower(num-1, by_needle, to_needle, from_needle )

def main():
    num = 3
    moveTower(num, 'A', 'C', 'B') # 从A借助B移动到C

if __name__ == "__main__":
    main()

当需要移动3片时,实验结果如下:

Move Plate 1 from A to C
Move Plate 2 from A to B
Move Plate 1 from C to B
Move Plate 3 from A to C
Move Plate 1 from B to A
Move Plate 2 from B to C
Move Plate 1 from A to C

可以用手动方法验证,结果是正确的。

当移动10片时,运行结果如下:

Move Plate 1 from A to B
Move Plate 2 from A to C
Move Plate 1 from B to C
Move Plate 3 from A to B
Move Plate 1 from C to A
Move Plate 2 from C to B
Move Plate 1 from A to B
Move Plate 4 from A to C
Move Plate 1 from B to C
Move Plate 2 from B to A
Move Plate 1 from C to A
Move Plate 3 from B to C
Move Plate 1 from A to B
Move Plate 2 from A to C
Move Plate 1 from B to C
Move Plate 5 from A to B
... ...
Move Plate 4 from A to C
Move Plate 1 from B to C
Move Plate 2 from B to A
Move Plate 1 from C to A
Move Plate 3 from B to C
Move Plate 1 from A to B
Move Plate 2 from A to C
Move Plate 1 from B to C

总共进行了1023步移动。

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