C語言遞歸思想實現漢諾塔詳解

1.遞歸思想簡介

在c語言中,程序調用自身的編程技巧稱為遞歸( recursion)。

遞歸的定義看上去似乎很抽象,使用代碼描述能夠讓人容易理解,下面是一個函數遞歸的例子。

/*                                遞歸求n的階乘                        */
 
 
int factorial(int n)  //定義一個求階乘的函數叫做factorial(),需要一個整形參數,返回一個整形值
{
	if (n <= 1)       //遞歸結束的條件
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return n * factorial(n - 1);//在factorial()中再次調用自身,隻不過參數由n變成n-1
	}	
}

在這個例子中,函數 factorial()接收到一個整形數n,如n=5,暫時稱作F(5),這時n!=F(5),而函數的功能如下:

判斷5是否小於或等於1,如果是,將1返回;不是,進到else執行語句返回(這裡可以將return看作等於)5× factorial(n – 1),等價於 F(5)=5×F(4)用上面的方法計算F(4)=4×F(3)….以此類推直到達到限制條件n=1時有,F(1)=1

遞歸算法的實質:是把問題轉化為規模縮小瞭的同類問題的子問題。然後遞歸調用函數(或過程)來表示問題。

由於每個小問題處理起來都有與大問題類似的行為邏輯,因此我們可以“大事化小”,而遞歸說白瞭,就是不斷地在套娃。

但是,計算機的內存是有限的,由於每次調用函數都需要在棧區開辟一個空間,使得遞歸不能無限制地進行下去,沒有遞歸結束的條件,當操作系統為進程分配的虛擬地址空間當中的棧空間被耗盡時,會發生堆棧溢出,產生段錯誤(segmentation fault)。

因此,使用遞歸時應註意:

必須存在限制條件,當滿足這個限制條件的時候,遞歸便不再繼續每次遞歸調用之後越來越接近這個限制條件 

遞歸的好處在於:

代碼簡潔在某些特定問題上求解方便

遞歸的缺點在於

消耗大量時間和空間資源——效率較低可能伴隨許多重復計算,工作量大——影響性能

2.漢諾塔問題

以下內容來自維基百科

最早發明這個問題的人是法國數學傢愛德華·盧卡斯。

傳說越南河內某間寺院有三根銀棒,上串 64 個金盤。寺院裡的僧侶依照一個古老的預言,以上述規則移動這些盤子;預言說當這些盤子移動完畢,世界就會滅亡。這個傳說叫做梵天寺之塔問題(Tower of Brahma puzzle)。但不知道是盧卡斯自創的這個傳說,還是他受他人啟發。

若傳說屬實,僧侶們需要2^{64}-1步才能完成這個任務;若他們每秒可完成一個盤子的移動,就需要 5849 億年才能完成。整個宇宙現在也不過 137 億年。

這個傳說有若幹變體:寺院換成修道院、僧侶換成修士等等。寺院的地點眾說紛紜,其中一說是位於越南的河內,所以被命名為“河內塔”。另外亦有“金盤是創世時所造”、“僧侶們每天移動一盤”之類的背景設定

漢諾塔基本的玩法如圖,其規則是:將圓盤從下面開始按大小順序重新擺放在另一根柱子上。並且規定,在小圓盤上不能放大圓盤,在三根柱子之間一次隻能移動一個圓盤。 

 當圓盤數量隻有3個的時候,求解的方法顯而易見,但當數量增多時,問題變得有些棘手起來。但不管怎麼移動,核心思想都是遞歸:

先從n塊圓盤中將最大的一塊移動到最後的柱子上接著從剩下n-1找到最大的一塊移到柱子上…… 

3.漢諾塔遞歸的c語言實現

C語言代碼如下:

/*                            漢諾塔問題(遞歸實現)                     */
 
 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
 
void move(char, char); // 聲明一個函數move,函數定義在下方,用於表示圓盤的交換
 
void Towers_Of_Hanoi(int n,char a,char b,char c) 
{
	if (1 == n)                        //遞歸結束標志:當柱子上隻有一塊圓盤
	{
		move(a, c);                    //從a移動到c
	}
	else
		Towers_Of_Hanoi(n - 1, a, c, b);    //將最上面n-1個圓盤移動到b柱上
		move(a, c);                         //將a上面最後一塊圓盤移動到c柱上
		Towers_Of_Hanoi(n - 1, b, a, c);    //將b柱上n-1個圓盤移動到a柱上
	}
}
 
void move(char x, char y)
{
	printf("%c-->%c\n", x, y);
}
 
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	Towers_Of_Hanoi(n, 'A', 'B', 'C');//n為A柱子上圓盤的數量,A,B,C代表三根柱子
	return 0;
}

程序運行結果為:

總結

到此這篇關於C語言遞歸思想實現漢諾塔詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言漢諾塔內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!

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