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  • 2017.11.26 计算机算法之分治与递归——汉诺塔

    1、我的递归算法(纯粹的递归)

    #include <stdio.h>//当盘子数n等于15时,移动次数已经达到32767,运行时间已经达到15.540s
    long long count;
    void hanoi(int n,char a,char b,char c)//借助C将A上的盘子全部移动到B
    {
        if(n==0)
            return;
        hanoi(n-1,a,c,b);
        printf("%c --> %c
    ",a,b);
        count++;
        hanoi(n-1,c,b,a);
    }
    int main()
    {
        int n;
        while(true)
        {
            count=0;
            printf("please putin the number of disk: 
    ");
            scanf("%d",&n);
            printf("the step of move the %d disks show below:
    ",n);
            hanoi(n,'A','B','C');
            printf("the times ot move is: %I64d
    ",count);
        }
        return 0;
    }
    

    2、书上的一个较慢的纯递归算法,运算15个盘子时,需要41.030s…….

    #include<iostream>
    using namespace std;
    long long count;
    int main()
    {
     void hanoi(int n,char one,char two,char three);
     int m;
     count=0;
     cout<<"input the number of disks:";
     cin>>m;
     cout<<"The steps of moving"<<m<<"disks:"<<endl;
        hanoi(m,'A','B','C');
    cout<<count;
     return 0;
    }
    void hanoi(int n,char one,char two,char three)
    {
     void move(char x,char y);
     if(n==1)
      move(one,three);
     else{hanoi(n-1,one,three,two);
     move(one,three);
     hanoi(n-1,two,one,three);
     }
    }
    void move(char x,char y)
    {
     cout<<x<<"-->"<<y<<endl;
     count++;
    }
    

    3、书上的非递归算法(其实就是仿《数学营养菜》(谈祥柏 著)中提供的一种方法),计算15个盘子时,运行时间为7.390s

    #include <stdio.h>
    #define N 1000
    long long count;
    char ta[3]={'C','A','B'};
    char ta2[3]={'A','B','C'};
    bool isodd(int n)
    {
        if(n%2)
            return true;
        return false;
    }
    void hanoi(int n)
    {
        int i;
        int top[3]={0,0,0};
        int tower[N][3];
        int bb,x,y,min=0;
        bool b;
        for(i=0;i<=n;++i)
        {
            tower[i][0]=n-i+1; tower[i][1]=n+1; tower[i][2]=n+1;
        }
        top[0]=n;
        b=isodd(n);
        bb=1;
        while(top[1]<n)
        {
            if(bb)
            {
                x=min;
                if(b)
                    y=(x+1)%3;
                else
                    y=(x+2)%3;
                min=y;
                bb=0;
            }
            else
            {
                x=(min+1)%3;
                y=(min+2)%3;
                bb=1;
                if(tower[top[x]][x]>tower[top[y]][y])
                {
                    int tmp; tmp=x; x=y; y=tmp;
                }
            }
            //printf("OK1
    ");
            //printf("%c -%d-> %c
    ",ta[(x+1)%3],tower[top[x]][x],ta[(y+1)%3]);
            printf("%c -%d-> %c
    ",ta2[x],tower[top[x]][x],ta2[y]);
            //printf("%d %d %d %d
    ",x,y,top[x],top[y]);
            tower[top[y]+1][y]=tower[top[x]][x];
            //printf("OK3
    ");
            top[x]--; top[y]++;
            count++;
        }
    }
    int main()
    {
        int n;
        while(true)
        {
            count=0;
            printf("please putin the number of disks:
    ");
            scanf("%d",&n);
            printf("the step of move the %d disks show below:
    ",n);
            hanoi(n);
            printf("the times ot move is: %I64d
    ",count);
        }
        return 0;
    }
    

    4、网上一个优秀的非递归算法(用栈模仿递归),计算15个盘子时需要6.880s
    我在这里根据《数学营养菜》(谈祥柏 著)提供的一种方法,编了一个程序来实现。

    #include <iostream>
    using namespace std;
    const int MAX = 64; //圆盘的个数最多为64
    struct st{  //用来表示每根柱子的信息
          int s[MAX]; //柱子上的圆盘存储情况
          int top; //栈顶,用来最上面的圆盘
          char name; //柱子的名字,可以是A,B,C中的一个
          int Top()//取栈顶元素
          {
                return s[top];
          }
          int Pop()//出栈
          {
                return s[top--];
          }
          void Push(int x)//入栈
          {
                s[++top] = x;
          }
    } ;
    long Pow(int x, int y); //计算x^y
    void Creat(st ta[], int n); //给结构数组设置初值
    void Hannuota(st ta[], long max); //移动汉诺塔的主要函数
    int main(void)
    {
          int n;
          cin >> n; //输入圆盘的个数
         
          st ta[3]; //三根柱子的信息用结构数组存储
          Creat(ta, n); //给结构数组设置初值
     
          long max = Pow(2, n) - 1;//动的次数应等于2^n - 1
          Hannuota(ta, max);//移动汉诺塔的主要函数
     
          system("pause");
          return 0;
    }
    void Creat(st ta[], int n)
    {
          ta[0].name = 'A';
          ta[0].top = n-1;
          for (int i=0; i<n; i++) //把所有的圆盘按从大到小的顺序放在柱子A上
                ta[0].s[i] = n - i;
          ta[1].top = ta[2].top = 0;//柱子B,C上开始没有没有圆盘
          for (int i=0; i<n; i++)
                ta[1].s[i] = ta[2].s[i] = 0;
          if (n%2 == 0) //若n为偶数,按顺时针方向依次摆放A B C
          {
                ta[1].name = 'B';
                ta[2].name = 'C';
          }
          else  //若n为奇数,按顺时针方向依次摆放 A C B
          {
                ta[1].name = 'C';
                ta[2].name = 'B';
          }
    }
    long Pow(int x, int y)
    {
          long sum = 1;
          for (int i=0; i<y; i++)
                sum *= x;
     
          return sum;
    }
    void Hannuota(st ta[], long max)
    {
          int k = 0; //累计移动的次数
          int i = 0;
          int ch;
          while (k < max)
          {
                //按顺时针方向把圆盘1从现在的柱子移动到下一根柱子
                ch = ta[i%3].Pop();
                ta[(i+1)%3].Push(ch);
                cout << ++k << ": " << "Move disk " << ch << " from " << ta[i%3].name << " to " << ta[(i+1)%3].name << endl;
                i++;
                //把另外两根柱子上可以移动的圆盘移动到新的柱子上
                if (k < max)
                {     //把非空柱子上的圆盘移动到空柱子上,当两根柱子都为空时,移动较小的圆盘
                      if (ta[(i+1)%3].Top() == 0 || ta[(i-1)%3].Top() > 0 && ta[(i+1)%3].Top() > ta[(i-1)%3].Top())
                      {
                            ch =  ta[(i-1)%3].Pop();
                            ta[(i+1)%3].Push(ch);
                            cout << ++k << ": " << "Move disk " << ch << " from " << ta[(i-1)%3].name << " to " << ta[(i+1)%3].name << endl;
                      }
                      else
                      {
                            ch =  ta[(i+1)%3].Pop();
                            ta[(i-1)%3].Push(ch);
                            cout << ++k << ": " << "Move disk " << ch << " from " << ta[(i+1)%3].name << " to " << ta[(i-1)%3].name << endl;
                      }
                }
          }
    }
    
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