关于汉诺塔问题的分析

Hanoi汉诺塔问题:古代有一个梵塔,塔内有3个柱子A、B、C,开始时,A柱上有64个金盘,金盘大小不等,大的在下,小的在上。有一个老和尚想把这64个金盘从A柱移动到C柱,但规定每次只允许移动一个盘,且在移动过程中在3个柱上都始终保持大盘在下,小盘在上。在移动过程中可以利用B柱。要求编程计算总共需要移动多少次盘子。据说移动完成就是世界的末日。

一、提出问题

我们先明确一下问题:

要把 n 个盘子 从 A 柱移动到 C 柱,

假设需要的移动次数是 f(n)。

那我们想知道:

这个 f(n) 到底等于多少?

二、拆分问题

直接想 n 个盘子怎么移,会比较乱。

所以我们把它拆成三步来看。

要把 n 个盘子从 A 移到 C,

最关键的一步,是把最底下那个盘子从 A 移到 C。

那为了做到这一点,需要先做什么?

第一步:

把上面 n-1 个盘子 从 A 移到 B。

这一步需要的次数,就是 f(n-1)。

第二步:

把最底下那个盘子,从 A 移到 C。

这一步只需要 1 次。

第三步:

再把 B 上的 n-1 个盘子 移到 C。

这一步需要的次数,同样是 f(n-1)。

所以总的移动次数就是:f(n)=f(n−1)+1+f(n−1)

合并一下:f(n)=2f(n−1)+1

三、边界条件

那 n 等于 1 的时候呢?

只有一个盘子,直接从 A 移到 C,

所以:

f(1)=1

这样我们就有了完整的递推关系:

f(n)=2f(n−1)+1, f(1)=1

四、展开递推

写成C语言的代码是:

long long hanoi_count(int n)

{

if (n == 1)

return 1;

else

return 2 * hanoi_count(n - 1) + 1;

}

或者更简洁:

long long f(int n)

{

return n == 1 ? 1 : 2 * f(n - 1) + 1;

}

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