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课程设计汉诺威塔(共35页).doc

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课程设计汉诺威塔(共35页).doc

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摘要:
汉诺塔问题源于印度古老的一个塔的移动:A→C,A→B,C→B,A→C,B→A,B→C,A→C

A
B
C
汉诺塔
对于一个类似的这样的问题,任何一个人都不可能直接写出移动盘子的每一个具体步骤。可以利用这样的统筹管理的办法求解:我们假设把该任务交给一个僧人,为了方便叙述,将他编号为64。僧人自然会这样想:假如有另外一个僧人能有办法将63个盘子从一个座移到另一个座,那么问题就解决了,此时僧人64只需这样做:
命令僧人63将63个盘子从A座移到C座
自己将最底下的最大的一个盘子从A座移到C座
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再命令僧人63将63个盘子从B座移到C座
为了解决将63个盘子从A座移到B座的问题,僧人63又想:如果能再有一个僧人62能将62个盘子移动到另一座,我就能将63个盘子从A座移动到B座。他是这样做的:
命令僧人62将62个盘子从A移动到C
自己将一个盘子从A座移动到B座
再命令僧人62将62个盘子移到B座
再进行一次递归。如此“层层下放”,直到后来找到第2个僧人,让他完成将2个盘子从一个座移到另一个座,进行到此,问题就解决了。最后找到第1个僧人,让他完成将一个盘子从一个座移动到另一个座,至此,全部工作已经完成,都是可以执行的。
按照如此的思路设计递归算法,很容易得出盘子的移动方案。

设A上有n个盘子。
当n=1时,则将圆盘从A直接移动到C。
当n大于等于2时,移动的过程可分解为三个步骤:
第一步 把A上的n-i个圆盘移到B上;
第二步 把A上的一个圆盘移到C上;
第三步 把B上的n-i个圆盘移到C上;其中第一步和第三步是类同的。
为了更清楚地描述算法,用图示法描述如下:
将N个盘子从A杆上借助C杆移动到B杆上。这样移动N个盘子的工作就可以按照以下过程进行:
①第一次调用递归
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②将一个盘子从A移动到B上;
③第二次调用递归
重复以上过程,直到将全部的盘子移动到位时为止。
由递归算法我们可以得到递推关系:
M(n)=2M(n-1)+1 当n>1时
M(n)=1 当n=1时
下面用归纳法证明n阶汉诺威塔问题,可以用n层二叉树描述,而且它的解就是该二叉树的中序遍历序列。
用一个四元组(n,A,B,C)表示把n个盘子从A搬到C,中间可以借助B的n阶汉诺威塔问题。其中A、B、C的地位是相对的,第一个表示起始位置,最后一个表示终止位置,中间表示过渡位置。例如(n,A,B,C)表示把n个盘子从B搬到C,中间可以借助A的n阶汉诺威塔问题。用一个三元组((n),A,B)表示把第n个盘子从A直接搬到B。
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假设有两个盘子,要把两个盘子从A搬到C,即(2,A,B,C),就必须先把第1个盘子从A搬到B,即((1),A,B),再把第2个盘子从A直接搬到C,即((2),A,C),最后把第1个盘子从B直接搬到C,即((1),B,C),序列((1),A,B),((2),A,C),((1),B,C)正好是以(2,A,B,C)为根,以(1,A,C,B)和(1,B,A,C)为左右孩子的二叉树的中序遍历序列(访问结点时,去掉过渡位置,盘子数加括号)(见图1),其中双亲结点与左孩子的关系是,盘子个数减1,过渡位置和终止位置交换,与右孩子的关系是,盘子个数减1,起始位置和过渡位置交换。
假如有n个盘子时,结论成立。现在假设有n+1个盘子。要把n+1个盘子从A搬到C,即(n+1,A,B,C),必须先把前n个盘子从A搬到C,即((n+1),A,C),最后把前n个盘子从B搬到C,即(n,A,B,C)。序列(n,A,C,B),((n+1),A,C),(n,B,A,C)正好是以(n+1,A,B,C)为根,以(n,A,C,B)和(n,B,A,C)为左右孩子的二叉树的