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  • c++迭代递归实现汉诺塔(5种迭代方法满足你)

    #include <iostream> //从A到C
    using namespace std;
    int n;
    void ready() { cout << "请输入汉诺塔高度:"; cin >> n; cout << "默认从A移动到C" << endl; }
    
    void move_recursion(int n, char des, char now, char temp) {
      if (n == 1) { cout << 1 << "->" << des << endl; return; }
      move_recursion(n - 1, temp, now, des); 
      cout << n << "->" << des << endl; 
      move_recursion(n - 1, des, temp, now);
    
    }
    void move_iterate(int n,char des, char now, char temp){
      char inorder[2][4]={'0',temp,des,now,'0',des,now,temp};
      int i,j,k;
      char *np=new char[n+1];
      for(int i=0;i<n+1;i++)np[i]='A';
    
      for( i=1;i<(1<<n);i++){
      for( j=i,k=1;j%2==0;k++,j/=2);
      cout<<k<<" "<<np[k]<<"->";
      np[k]=inorder[(1+n+k)%2][np[k]-'A'+1];
      cout<<np[k]<<endl;}
     }
    int main(){
      while (1) { ready(); move_iterate(n, 'C','A','B'); }
    }

    这上面的代码是我自己写的,迭代的过程参考了下面的代码,你们看不明白很正常。

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    http://blog.csdn.net/silence_rui/article/details/19141519      直接模仿栈的迭代方法

    #include <iostream>  //从A到C
    #include <stack>  
      
    struct Quad {  
        Quad();  
        Quad(int n, char a, char b, char c): _n(n), _x(a), _y(b), _z(c) {  
        }  
        int _n;         // 要移动的盘子数量  
        char _x, _y, _z;    // 保存柱子名称  
    }; // 保存当前状态  
      
    void hanoi(int, char, char, char);  
      
    int main(int argc, char *argv[])  
    {  
        hanoi(3, 'A', 'B', 'C');  
      
        return 0;  
    }  
      
    void hanoi(int n, char x, char y, char z)  
    {  
        std::stack<Quad> s;  
        s.push(Quad(n, x, y, z));  
        while (!s.empty()) {  
            Quad q = s.top();  
            s.pop();  
            n = q._n;  
            x = q._x;  
            y = q._y;  
            z = q._z;  
            if (n == 1) {  
                std::cout << "Move top disk from peg " << q._x  
                     << " to peg " << q._z << "
    ";  
            }  
            else {  
                s.push(Quad(n - 1, y, x, z));  
                s.push(Quad(1, x, y, z));  
                s.push(Quad(n - 1, x, z, y));  
            }  
        }  
    }  
    

      

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    http://blog.sina.com.cn/s/blog_48e3f9cd01000474.html      另一种迭代的方法

    在版上看有人讨论汉诺塔的非递归算法,有人介绍怎么样非递归,自己想了半天,总算想明白了。整理了下方便大家:
     
    递归算法:
    定义 void Hanoi(char src, char des, char via, int n)
    表示把n个盘子从src上借助via移动到des上。
    显然有
         void Hanoi(char src, char des, char via, int n)
          {
              Hanoi(src, via, des, n - 1);
              Move(src, des, n); //把第n个盘子直接从src移动到des
              Hanoi(via,des, src, n - 1);
          }
     
    根据递归算法,设f(n)为n个盘子要移动的次数。
    那么显然 f(n + 1) = 2*f(n) + 1  ->  [f(n + 1) + 1] = 2*[f(n) + 1]
    f(1) = 1,-> f(n) + 1 = (1 + 1)^n -> f(n) = 2^n - 1。
    f(64)= 2^64-1=18446744073709551615   
    假如每秒钟一次,共需多长时间呢?一年大约有 31536926 秒,计算表明移完这些金片需要5800多亿年,比地球寿命还要长,事实上,世界、梵塔、
    庙宇和众生都已经灰飞烟灭。
     
    非递归算法:
    定义从小到大的盘子序号分别为1,2,……n。
    可以用一个1到2^n - 1的2进制序列可以模拟出n个盘子的汉诺塔过程中被移动的盘子的序号序列。
    即给定一个n,我们通过0到2^n - 1序列可以判断出任意一步应该移动那个盘子。
    判断方法:第m步移动的盘子序号是m用二进制表示的最低位bit为1的位置。
     
    证明: n = 1,显然成立。
    假设n = k 成立。
    n = k + 1时,对应序列1到2^(k+1) - 1,显然这个序列关于2^k左右对称。
    假设我们要把k + 1个盘子从A移动C。
    那么2^k可以对应着Move(k + 1, A, C)。 1 到 2^k - 1 根据假设可以
    对应Hanoi(A, B, C, k)。至于2^k + 1 到 2^(k + 1) - 1把最高位的1去掉对应序列变成1到2^k - 1,显然2^k + 1 到 2^(k + 1) - 1和1到2^k - 1这两个序列中的对应元素的最低位bit为1的位置相同。因此2^k + 1 到 2^(k + 1) - 1可以对应Hanoi(B, C,A,k)。
    所以对n = k + 1也成立。
     
    下面讨论第m步应该移动对应的盘子从哪到哪?
    定义顺序为 A->B->C->A, 逆序为C->B->A->C。
     
    性质对n个盘子的汉诺塔,任意一个盘子k(k <= n)k在整个汉诺塔的移动过程中要么一直顺序的,要么一直逆序的。而且如果k在n个盘子移动过程的顺序和k - 1(如果k > 1)以及k + 1(如果k < n)的顺序是反序。

    比如:n = 3
    1 A->C
    2 A->B
    1 C->B
    3 A->C
    1 B->A
    2 B->C
    1 A->C
    其中1的轨迹A->C->B->A>C逆序,2的轨迹A->B->C顺序,3的轨迹A->C逆序
         
    证明:假设n <= k成立
    对于n = k + 1 根据递归算法
    Hanoi(A,C,B,k + 1) = Hanoi(A, B, C, k) + Move(A, C, k + 1) + Hanoi(B, C,A,k);
    整个过程中盘子k + 1只移动一次A->C为逆序对应着2^k。
    对于任意盘子m < k + 1,
    m盘子的移动由两部分组成一部分是前半部分Hanoi(A, B, C, k)以及后半部分的Hanoi(B, C,A,k)组成。显然有如果m在Hanoi(A, C, B, k)轨迹顺序的话,则m在Hanoi(A, B, C, k)以及Hanoi(B, C,A,k)都是逆序。反之亦然。这两部分衔接起来就会证明m在Hanoi(A,C,B,k)和Hanoi(A,C,B,k + 1)中是反序的。
    同时有Hanoi塔中最大的盘子永远是逆序且只移动1步,A->C。
    这样的话:
    m = k + 1,在Hanoi(A,C,B,k + 1)中是逆序。
    m = k,由于在Hanoi(A,C,B,k)中是逆序的,所以Hanoi(A,C,B,k + 1)中是顺序的。
    m = k - 1,由于在Hanoi(A,C,B,k - 1)是逆序的,所以Hanoi(A,C,B,k)是顺序的,所以Hanoi(A,C,B,k + 1)是逆序的。
    依次下去……
    结论得证。
    总结:在n个汉诺中n, n - 2, n - 4……是逆序移动,n - 1, n - 3,n - 5……是顺序移动。
     
    有了以上结论,非递归的程序就很好写了。写了个递归和非递归比较程序:
    #include<iostream>//从A到C
    #include<cstring>
    using namespace std; 
    int main()
    {
     int n;
     cin >> n;
    
        char order[2][256];
     char pos[64];
     order[0]['A'] = 'B';
     order[0]['B'] = 'C';
     order[0]['C'] = 'A';
     order[1]['A'] = 'C';
     order[1]['B'] = 'A';
     order[1]['C'] = 'B';
     //0是顺序 1是逆序
     int index[64];
     //确定轨迹的顺序还是逆序
     int i, j, m;
        for(i = n; i > 0; i -= 2)
       index[i] = 1;
     for(i = n - 1; i > 0; i -= 2)
       index[i] = 0;
        memset(pos, 'A', sizeof(pos));
     for(i = 1; i < (1 << n); i ++)
        {
        for(m = 1, j = i; j%2 == 0; j/=2, m ++);      
        cout << m <<" : "<< pos[m]  <<" --> " << order[index[m]][pos[m]] << endl;        
        pos[m] = order[index[m]][pos[m]];
        }
     return 0;
    }
    

      

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    http://blog.sina.com.cn/s/blog_65bda7120100khyg.html       还有一种迭代的方法

    1、确定哪一个盘子要移动。

      有n个盘子的Hanoi塔需要移动2^n -1次,设m为n位的二进制数,则m的取值范围为0~2^n -1。让m每次递增1,可以发现,m中最低一位的刚刚由0变为1的位置的位置编号,和即将要移动的盘子编号有确定关系。

    2、这个盘子往哪个柱子上移。

      a.第一次需要移动1号盘,n为奇数时,1号盘首先移动到柱子B,为偶数时首先移动到柱子C。
      b.接下来如果移动的盘子不是1号盘。你有两个柱子可以选择。先找到1号盘所在的柱子,因为移动的盘子不能叠放到1号盘上,所以该盘可以移动的位置就是没有1号盘的那个柱子。

      c.如果移动的盘子是1号盘。也有两个柱子可以选择。找到1号盘原先是从哪个柱子上移来的,因为移动的顺序(顺时针或逆时针)一旦确定,就不会更改,所以排除from的那个柱子后,移动方向也就唯一了。

      

    #include <iostream>//从A到B
    #include <stdlib.h>
    #ifdef _WIN32
    using namespace std;
    #endif
    
    static void hanoi(int height)
    {
        int fromPole, toPole, Disk;
        int *BitStr = new int[height],   //用来计算移动的盘的号码
            *Hold   = new int[height];   //用来存贮当前的盘的位置。hold[0]为第一个盘所在的柱号
        char Place[]  = {'A', 'C', 'B'};
        int i, j, temp;
     
        for (i=0; i < height; i++)                    
        {
            BitStr[i] = 0;
            Hold[i] = 1;
        }
        temp = 3 - (height % 2);                      //第一个盘的柱号
        int TotalMoves = (1 << height) - 1;
        for (i=1; i <= TotalMoves; i++)
        {
            for (j=0 ; BitStr[j] != 0; j++)             //计算要移动的盘
            {
                BitStr[j] = 0;
            }
            BitStr[j] = 1;
            Disk = j+1;
            if (Disk == 1)
            {
                fromPole = Hold[0];
                toPole = 6 - fromPole - temp; //1+2+3等于6,所以6减去其它两个,剩下那个就是要移去的柱子
                temp = fromPole;        //保存上一次从哪个柱子移动过来的
            }
            else
            {
                fromPole = Hold[Disk-1];
                toPole = 6 - Hold[0] - Hold[Disk-1];
            }       
            cout << "Move disk " << Disk << " from " << Place[fromPole-1]
                 << " to " << Place[toPole-1] << endl;
            Hold[Disk-1] = toPole;
        }
    }
    
     
    
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        cout << "Towers of Hanoi: " << endl
             << "moving a tower of n disks from pole A to pole B by using pole C" << endl;
        cout << "Input the height of the original tower: ";
        int height;
        cin >> height;
        hanoi(height);
    
        system("PAUSE");
        return EXIT_SUCCESS;
    }
    

      

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    https://www.cnblogs.com/whyandinside/archive/2012/08/18/2645602.html      还有一种用二叉树的迭代方法

    1. 我们先来分析一下移动的过程:先将n-1个盘子从A移动到B,把第n个盘子从A移动到C,把n-1个盘子从B移动到C。这本是递归的过程,但我们要想知道迭代操作的最终的数据结构,就一定要将其展开为原子操作。下面用图来解释:

    tree

    这个图看起来就会更容易明白了,移动盘子的三个步骤就跟一个数一样,第一步移动若干盘子是左子树;第二步移动一个盘子相当于根;第三步移动若干盘子又相当于右子树。

    而且每棵子树都可以按照同样的步骤分解,一直到全部是移动一个盘子的操作,至此,才算把整个数据结构展开了,我们也应该知道这是一个什么样的数据结构了:二叉树。

    这个二叉树的深度是N,也就是盘子的个数,根节点表示盘子N的操作,孩子是N-1时的移动,. . . . 。移动的过程就是先左子树,根节点,右子树,也就是前序遍历。然后我们再看每个节点的表达式是什么?

    画个图,看了一下,要找到每个节点的表达式是不容易的。不过,我们应该可以发现一个重要线索:只要最左面的节点知道了,就可以知道父节点和兄弟节点的表达式了。比如左孩子是m,A,B,那父节点是m+1,A,C, 右孩子是m,B,C。 所以关键就是要知道最左孩子的表达式。列出N = 1, 2,3 时的操作顺序可以发现,最左孩子只是在A,B和A,C之间交替。而且N为偶数时,为A,B;N为奇数时为A,C。至此我们对我们要迭代的数据结构就足够清楚了。下面就是实现一个满二叉树的前序遍历算法了。代码实现如下所示:

    #include <iostream>//从A到C
    #include <stack>
    
    using namespace std;
    class TreeNode
    {
    public:
            TreeNode(int N, char _src, char _dest){ plateNum = N;src =_src; dest = _dest;}
            int plateNum;
            char src;
            char dest;
    };
    
    void hanoi(int N)
    {
            stack<TreeNode *> *_stack = new stack<TreeNode *>();
            _stack->push(new TreeNode(N, 'A', 'C'));
            TreeNode * current = _stack->top();
            while(!_stack->empty())
            {
                    while(current->plateNum > 0)
                    {
                            current = new TreeNode(current->plateNum-1,current->src,'A'+'B'+'C' - current->dest - current->src);
                            _stack->push(current);
                    }
                    current = _stack->top();
                    _stack->pop();
                    cout<<"Move "<<(current->plateNum+1)<<" from "<<current->src<<" to "<<current->dest<<endl;
                    if(current->plateNum != 0)
                    {
                            TreeNode* old = current;
                            current = new TreeNode(current->plateNum-1,'A'+'B'+'C' - current->dest - current->src, current->dest);
                            _stack->push(current);
                            delete old;
                    }
            }
            delete _stack;
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
            int N;
            char src = 'A',resource='B',dest = 'C';
            bool moved = false;
            cout<<"Please input a number:"<<endl;
            cin>>N;
            hanoi(N-1);
    }
    

      

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/l2017/p/8377555.html
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