算法学习-类似汉诺塔的问题

题目:
汉诺塔问题比较经典,这里修改一下游戏规则:
现在限制不能从最左侧的塔直接移动到最右 侧,也不能从最右侧直接移动到最左侧,而是必须经过中间。求当塔有 N 层的时候,打印
最优移动过程和最优移动总步数。
例如,当塔数为两层时,最上层的塔记为 1,最下层的塔记为 2,则打印:

Move 1 from left to mid
Move 1 from mid to right
Move 2 from left to mid
Move 1 from right to mid
Move 1 from mid to left
Move 2 from mid to right
Move 1 from left to mid
Move 1 from mid to right

It will move 8 steps.

【要求】
用以下两种方法解决。
方法一:递归的方法;
方法二:非递归的方法,用栈来模拟汉诺塔的三个塔。

这个问题和经典的汉诺塔很像咯,汉诺塔是最经典的联系递归的算法了,这里左神用递归和非递归(栈)两种方式来实现了;

  1. 递归

    // 递归做
    public static int hanoiProblem1(int N,String left,String mid,String right){
        if(N<1) return 0;
    
        return process1(N,left,mid,right,left,right);
    }
    
    // from —> to
        public static int process1(int N,String left,String mid,String right,String from,String to){
        // 只有1层塔的情况
        if(N==1){
        // from/to存在mid的情况,直接一步就可完成from,to(游戏规则,只可以借助mid进行移动)
            if(from.equals(mid) || to.equals(mid)){
                System.out.println("move 1 from "+from+" to "+to);
                return 1;
            }else{
            // 移动不是在mid上进行,则需要借助mid进行两步操作
                System.out.println("move 1 from "+from+" to mid");
                System.out.println("move 1 from mid to "+to);
                return 2;
            }
        }
    
    // 其他情况(即 多层塔层叠)
    // 存在mid移动的情况,分三步
    if(from.equals(mid) || to.equals(mid)){
        // 3 steps
        // 现在要把塔从from->to上,因为是多层塔,所以需要借助另外的塔把压在上面的塔移走,这样最下面的塔才能移到to上啊~~~
        String another=from.equals(left) || to.equals(left)?right:left;
    
        int part1=process1(N-1,left,mid,right,from,another);
        System.out.println("move "+N+" from "+from+" to "+to);
        int part2=process1(N-1,left,mid,right,another,to);
        return part1+part2+1;
    }else{
        // 不是mid的情况,则需要借助mid进行5步操作了
        // 5 steps
        int part1=process1(N-1,left,mid,right,from,to);
        System.out.println("move "+N+" from "+from+" to mid");
        int part2=process1(N-1,left,mid,right,to,from);
        System.out.println("move "+N+" from mid to "+to);
        int part3=process1(N-1,left,mid,right,from,to);
        return part1+part2+part3+2;
    }
    }
    

上面就是递归操作的算法了,主要是分情况进行分析,这里要注意,很多人会问规则不是 只能从 mid 经过才能走吗,为什么还有类似于

int part1=process1(N-1,left,mid,right,from,another);

这样(可能直接 left->right的代码呢),请注意,这是递归操作,我们只需要注意print的操作是完全符合 游戏规则就可以了,递归操作进入再分析的时候就会符合游戏规则啦~~

  1. 非递归操作(栈操作)
    对于栈操作的时候,需要有几点说明:
    首先,对于移动汉诺塔,符合要求的操作只有4种,LToM,MToL,MToR,RToM;
    其次,由于要求的是最少步数,也就是如果前一步是LToM,则这步绝对不可能是MToL(这样不就循环操作了吗,怎么可能是最优步数);
    最后,操作的规则,只能小压大;

对了,还有一个小的trick,为了使得初始化时都可以压入数据,事先在栈中压入最大值(不压入的话,需要处理当栈为空的情况);

鉴于上述规则,我们可以定义3个栈来进行操作,代码如下:

public static enum Action {
        No, LToM, MToL, MToR, RToM
}

// 栈做
public static int hanoiProblem2(int N,String left,String mid,String right){
    if(N<1) return 0;
    Stack<Integer> fStack=new Stack<Integer>();
    Stack<Integer> mStack=new Stack<Integer>();
    Stack<Integer> tStack=new Stack<Integer>();
    fStack.push(Integer.MAX_VALUE);
    mStack.push(Integer.MAX_VALUE);
    tStack.push(Integer.MAX_VALUE);

    for(int i=N;i>=1;i--){
        fStack.push(i);
    }

    // record主要是记录上一次的操作
    Action[] record={Action.No};
    int step=0;
    while(tStack.size()!=N+1){
        step+=process2(record,Action.MToL,Action.LToM,fStack,mStack,left,mid);
        step+=process2(record,Action.LToM,Action.MToL,mStack,fStack,mid,left);
        step+=process2(record,Action.RToM,Action.MToR,mStack,tStack,mid,right);
        step+=process2(record,Action.MToR,Action.RToM,tStack,mStack,right,mid);
    }

    return step;
}

public static int process2(Action[] record,Action preNoAct,Action curAct,Stack<Integer> fStack,
        Stack<Integer> tStack,String from,String to){
    // 当上一次的操作 为当前上次不允许的操作时,返回
    // 当大压小时,不符合操作规则,返回
    if(record[0]==preNoAct || fStack.peek()>=tStack.peek()){
        return 0;
    }

    // 本次操作允许,记录
    tStack.push(fStack.pop());
    System.out.println("move "+tStack.peek()+" from "+from+" to "+to);
    record[0]=curAct;
    return 1;
}

以上就是这个问题的求解过程了,比较能练手,好评~~~

    原文作者: 汉诺塔问题
    原文地址: https://blog.csdn.net/luxia_24/article/details/52414588
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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