递归算法-汉诺塔问题

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递归算法

递归的两个特点条件

  • 调用自身
  • 结束条件

看下面的例子,是否符合递归的条件

例子一(符合):

def func1(x):
    print(x)
    func1(x-1)

例子二(不符合):

def func2(x):
    if x>0:
        print(x)
        func2(x+1)

例子三(符合):

def func3(x):
    if x>0:
        print(x)
        func3(x-1)

例子四(符合:

def func4(x):
    if x>0:
        func4(x-1)
        print(x)
        

递归示例:汉诺塔问题

先来说下什么是汉诺塔问题

相传在古印度圣庙中,有一种被称为汉诺塔(Hanoi)的游戏。该游戏是在一块铜板装置上,有三根杆(编号A、B、C),在A杆自下而上、由大到小按顺序放置64个金盘(如图1)。游戏的目标:把A杆上的金盘全部移到C杆上,并仍保持原有顺序叠好。操作规则:每次只能移动一个盘子,并且在移动过程中三根杆上都始终保持大盘在下,小盘在上,操作过程中盘子可以置于A、B、C任一杆上。

图一

汉诺塔问题分析

分析:对于这样一个问题,任何人都不可能直接写出移动盘子的每一步,但我们可以利用下面的方法来解决。

设移动盘子数为n,为了将这n个盘子从A杆移动到C杆,可以做以下三步:

  1. 以C盘为中介,从A杆将1至n-1号盘移至B杆;
  2. 将A杆中剩下的第n号盘移至C杆;
  3. 以A杆为中介;从B杆将1至n-1号盘移至C杆。 这样问题解决了,但实际操作中,只有第二步可直接完成,而第一、三步又成为移动的新问题。

当n=2时间:

  1. 把小圆盘从A移动到B
  2. 把大圆盘从A移动到C
  3. 把小圆盘从B移动到C

当有n个盘子时:

  1. 把n-1个圆盘从A经过C移动到B
  2. 把第n个圆盘从A移动到C
  3. 把n-1个小圆盘从B经过A移动到C

以上操作的实质是把移动n个盘子的问题转化为移动n-1个盘,那一、三步如何解决?事实上,上述方法设盘子数为n, n可为任意数,该法同样适用于移动n-1个盘。因此,依据上法,可解决n -1个盘子从A杆移到B杆(第一步)或从B杆移到C杆(第三步)问题。

现在,问题由移动n个盘子的操作转化为移动n-2个盘子的操作。依据该原理,层层递推,即可将原问题转化为解决移动n -2、n -3… … 3、2,直到移动1个盘的操作,而移动一个盘的操作是可以直接完成的。

至此,我们的任务算作是真正完成了。而这种由繁化简,用简单的问题和已知的操作运算来解决复杂问题的方法,就是递归法。

汉诺塔代码实现(基于Python语言)

#!/usr/bin/env python
# -*- encoding: utf-8 -*-
'''
@Author  :   Scoefield 
@File    :   hanuo.py
@Time    :   2021/04/25 13:34:36
'''
"""
1. 把n-1个圆盘从A经过C移动到B
2. 把第n个圆盘从A移动到C
3. 把n-1个小圆盘从B经过A移动到C
"""
def hanuoi(n, a, b, c):
    if n > 0:
        hanuoi(n-1, a, c, b)
        print("moving from %s to %s" % (a, c))
        hanuoi(n-1, a, b, c)

def main():
    hanuoi(3, "A", "B", "C")

if __name__ == '__main__':
    main()