C语言实现汉诺塔详细步骤(递归与非递归)及代码

2023-05-16

前言

C语言汉诺塔问题是一个经典的问题,在学习编程的初学者中非常流行。它涉及到了递归的思想,能够帮助我们理解递归的基本原理。

首先,我们来了解一下汉诺塔的问题。汉诺塔问题是指:有三根柱子A,B,C,A柱子上有n个盘子,盘子大小不等,且从下到上由小到大排列,现在需要将A柱子上的所有盘子按照同样的顺序移到C柱子上。在移动过程中,每次只能移动一个盘子,并且大盘子不能放在小盘子上面。

 

那么,我们来看看如何用c语言来解决这个问题。

使用递归的方法

首先,我们可以使用递归的方法来解决汉诺塔问题。递归的思想是,将一个复杂的问题分解成若干个相似的子问题,递归地求解各个子问题,最终合并各个子问题的解来求解原问题。

我们可以定义一个函数来实现汉诺塔的移动过程。这个函数需要四个参数,分别是盘子的数量n、起始柱子from、结束柱子to、中转柱子temp。

函数代码如下:

void hanoi(int n, char from, char to, char temp)
{
    if (n == 1)
    {
        printf("move disk %d from %c to %c\n", n, from, to);
    }
    else 
    {
        hanoi(n - 1, from, temp, to);
        printf("move disk %d from %c to %c\n", n, from, to);
        hanoi(n - 1, temp, to, from);
    }
}

在这个函数中,我们首先判断如果只有一个盘子,那么直接从起始柱子移动到结束柱子即可。如果不止一个盘子,那么我们需要分成两个步骤: - 先将剩下的n-1个盘子从起始柱子移动到中转柱子上,这时候我们就可以使用递归的方法,调用hanoi函数来实现这一步。 - 然后,再将第n个盘子从起始柱子移动到结束柱子上。 - 最后,将中转柱子上的n-1个盘子移动到结束柱子上,这一步同样可以使用递归的方法来实现。

完整的代码如下

#include <stdio.h>

void hanoi(int n, char from, char to, char temp) 
{
    if (n == 1) 
    {
        printf("move disk %d from %c to %c\n", n, from, to);
    }
    else 
    {
        hanoi(n - 1, from, temp, to);
        printf("move disk %d from %c to %c\n", n, from, to);
        hanoi(n - 1, temp, to, from);
    }
}

int main() 
{
    int n = 3; // 盘子数量
    hanoi(n, 'A', 'C', 'B'); // 从A柱子移动到C柱子,中转柱子为B
    return 0;
}

通过这段代码,我们就可以解决汉诺塔问题了。

在实际使用中,我们可以通过修改代码中的n变量来控制盘子的数量,进而控制移动的步骤。

使用非递归的方法

除了使用递归的方法,我们还可以使用非递归的方法来解决汉诺塔问题。这种方法不需要使用递归,而是通过循环来实现。

我们可以定义一个整型数组,来存储每一个盘子在哪一根柱子上。每次移动盘子时,我们只需要修改相应的数组元素即可。

代码如下:

#include <stdio.h>

void hanoi(int n) 
{
    int stack[100]; // 存储盘子的柱子
    for (int i = 0; i < n; i++) 
    {
        stack[i] = 0; // 将所有盘子放在A柱子上
    }

    int step = 0; // 移动的步数
    int from, to;
    while (step < pow(2, n) - 1) 
    { // 当移动的步数小于2的n次方减1时,继续移动
        int from = -1, to = -1;
        for (int i = 0; i < n; i++) 
        { // 找到第一个非0元素,即第一个盘子的位置
            if (stack[i] != 0) 
            {
                from = stack[i];
                break;
            }
        }
        if (from == -1) continue; // 如果找不到,说明已经完成移动,跳过本次循环

        for (int i = 0; i < n; i++)
        { // 找到第一个与from不同的元素,即目标柱子
            if (stack[i] != from && stack[i] != 0)
            {
                to = stack[i];
                break;
            }
        }
        if (to == -1) 
        { // 如果找不到,说明目标柱子为空,可以移动到C柱子上
            to = 3;
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) 
        { // 找到第一个非0元素,即要移动的盘子
            if (stack[i] == from) 
            {
                stack[i] = to; // 将盘子移动到目标柱子上
                break;
            }
        }
        step++; // 步数加1
    }
}

int main() 
{
    int n = 3; // 盘子数量
    hanoi(n);
    return 0;
}

通过这段代码,我们就可以使用非递归的方法来解决汉诺塔问题了。不同于递归的方法,这种方法不需要记录递归的层数,因此在某些情况下可能更加简单易用。

总结

在这篇博客中,我们介绍了如何使用c语言来解决汉诺塔问题。我们首先使用递归的方法来解决这个问题,并且通过一段示例代码来说明这种方法的具体实现。然后,我们探讨了另一种非递归的方法,并给出了相应的代码示例。通过这些内容,我们可以更好地理解递归的原理,并在实际的编程中使用递归来解决问题。

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