汉诺塔问题

汉诺塔是指这个:


目标是要把所有的盘子从最左边(柱子A)移动到最右边(柱子C),条件是

1)每次只能移动一个盘子

2)小盘子只能放在大盘子之上

首先考虑最简单的情况:只有1个盘子,那么只要A—>C就可以了,一步就ok。

如果有两个盘子,那么移动顺序如下:先把最上面的盘子(1号盘)移动到B,然后2号盘移动到C,然后1号盘从B移动到C,总共需要3步。


如果是n个盘子呢?

可以用倒推法来考虑这个问题:无论怎么移动,最底下的那个最大号盘子(n号盘)一定是A—>C的,在这之前,我们一定要把所有的上面的小盘子(n-1个盘子)都移动到B上,否则n号盘是无法从A移动到C的。然后,一旦最大号的n号盘从A—>C,我们剩下的工作就是把所有的n-1个盘子从B移动到C。

所以虽然有n个盘子,但是思考的时候,只要把n个盘子看做2个部分就行:n号盘,以及n号盘之上的所有n-1个盘子。


移动的时候的原则就如下表示:

第一阶段:(n-1)A—>B(把所有的n-1个盘子从A移动到B上)

第二阶段:n     A—>C(把最底下的n号盘从A移动到C上)

第三阶段:(n-1)B—>C(把n-1个盘子从B移动到C上)


我们来看看如何执行第三阶段,现在的状况是n号盘已经在C上面了,(n-1)个盘子都在B上,为了达成所有盘子都移动到C上的目标,我们要做的就是把B上的最底下的盘子——也就是(n-1)号盘也移到C上。那么(n-1)号盘上面的总共(n-2)个盘子怎么办呢?那当然只有往A上挪咯。


现在(n-2)个盘子都在A上,咋办呢?当然是跟上面步骤一样,第(n-2)号盘子放到C上去,剩下的所有(n-3)个盘子挪到B上。

同样的方法对待n-3、n-4......直到最后只剩下1号盘子。然后把刚才的方法逆序做一遍,就成功啦。

这里有个数学方法,叫递归,也就是我们对待n个盘子、n-1个盘子、n-2个盘子....的方法都是一样:都是把除了最底下以外的盘子移到别的柱子上去,然后把最底下的盘子移到C上。这个不停重复的过程,就是递归。

再举一个递归的例子:比如我定义一个函数:f(x)=2*f(x-1)且f(1)=1,那么f(4)是多少?

f(4)=2*f(3)

f(3)=2*f(2)

f(2)=2*f(1)

根据定义,f(1)=1,所以f(4)=2*(2*(2*f(1)))=8。这个函数不停重复调用自己,就是递归函数。

方法弄清楚了,现在我们的目标是写个小程序,能自动把每一步的移动打印出来。

条件是给定n个盘子,三根柱子ABC,把汉诺塔的每一步移动都打印出来,就可以用递归函数来解决。代码如下(#后面是解释说明,不是程序代码):

#先定义一个move函数,有4个参数,n代表有n个盘子,abc对应三根柱子ABC,如下:

def move(n, a, b, c):

#设定如果n=1的情况,直接打印a—>c

if n == 1:

print ('请移动:', a, ‘—>’, c)

#如果n>1,就要把n-1个盘子移动到B上去(可以经过c)

move(n-1, a, c, b)

#然后把剩下的n号盘从A移动到C

print (‘请移动:’, a, ‘—>’, c)

#最后把在B上的n-1个盘子都挪到C上去(可以经过a)

move(n-1, b, a, c)

现在程序写好了,如果我们输入move(3, A, B, C),意思是有3个盘子,ABC三根柱子,程序会根据函数的定义把原始的move变成这样:

move(2, A, C, B)

print (‘请移动:’, A, ‘—>’, C)

move(2, B, A, C)

这里的move(2, x, x, x,),程序会怎么处理呢?当然是继续分解啦。比如move(2, A, C, B)会根据函数的定义被拆解成:

move(1, A, B, C)#代表剩下的盘子要从a移动到c,注意这里有个位置交换,因为在定义里参数的位置交换了,所以值的位置也要交换

print (‘请移动:’, A, ‘—>’, B)#代表最底下的盘子(第n-1号盘子)从A移动到B

move(1, C, A, B)#剩下的盘子从C移动到B

如果n>3的话也是一样的,一层一层分解,一直分解到n=1的情况为止。哦对了,听说n=64的时候,即使每秒移动一个盘子,整个儿移到C上也需要5845.54亿年以上。

地球的寿命我记得是45亿年?

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