漢諾塔系列專題(逐步理解遞推遞歸)

最裸的漢諾塔:

第一步:把n-1個盤子移到B柱

第二步:把第n個柱子移到C柱

第三步:把n-1個盤子移到C盤

第一步和第三步是一樣的,如果只需要求最少的步數,可以不管中間步驟,用遞推直接寫出即可

核心代碼

a[1]=1;

for(int i=2;i<=n;i++)

    a[i]=2*a[i-1]+1;


最裸的弄懂當然是遠遠不夠的,現在我們來看一些變形

hdu2175

輸入n,m,問初始有n個盤子,問第m次移動的盤子號

咋看很麻煩,其實也是很簡單的啦!

比如有4個盤子,我要看第4步的盤子。如果我3個盤子都移到目的柱,那一共需要7步,如果把2個盤子都移到目的柱那一共需要3步,所以第4步移動的盤子一定在前3個盤子中。

而我們可以利用這種思想不斷遞推/遞歸也行,直到正好等於把某些盤子移動到目的柱。

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll n,m,a[64],b[64];
void inial()
{
    a[1]=1;b[0]=1;b[1]=2;
    for(int i=2;i<64;i++)
    {
        a[i]=a[i-1]*2+1;
        if(i<63)
            b[i]=a[i]+1;
    }
}
int sovle()
{
    if(m==a[63])
        return 1;
    while(m>0)
    {
        int t=0;
        while(t<63)
        {
            if(m>b[t])
                t++;
            else
                break;
        }
        if(m==b[t])
            return t+1;
        m-=b[t-1];
    }
}
int main()
{
    inial();
    while(cin>>n>>m&&n&&m)
    {
        cout<<sovle()<<endl;
    }
    return 0;
}


hdu2511

下面的題目比上一個更加進了一步

輸入n,m問n個盤子,第m步移動的是哪個盤子,而且輸出從哪個盤子移動到哪個盤子(比上一題進了一步)

大家想想。如果m步正好是k個盤子移動到目的柱,那麼這時候肯定把1號盤由所在柱,移動k個盤所在的目的柱。1的所在柱就是我們遞歸函數中的所在柱,那麼目的柱呢?大家想想我最開始講的最裸的三部,要移動n個盤就把n-1個盤移動到B,那對於n-1個盤來說,中間B盤是目的柱,C是中間柱,那麼對於n-2個盤來說目的柱是C柱,中間柱石B柱,那麼判斷k個盤的目的柱是哪個直接判斷他與n的差的奇偶性即可。

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll a[64],m;
int t,n;
void inal()
{
    a[1]=1;
    for(int i=2;i<=63;i++)
        a[i]=2*a[i-1]+1;
}
void sovle(int s,int t,int z,int n)
{//cout<<"----------- "<<s<<" "<<t<<" "<<z<<" "<<n<<endl;
    int k=1;
    while(k<64&&m-a[k]>0)
        k++;
    k--;
    m-=a[k];
    int d=(n-k)&1;
    if(d==1)//1到k在第z上
    {
        if(m==0)
        {
            cout<<1<<" "<<s<<" "<<z<<endl;
            return;
        }
        if(m==1)
        {
            cout<<k+1<<" "<<s<<" "<<t<<endl;
            return;
        }
        m--;
        sovle(z,t,s,k);
    }
    else//1到k在t上
    {
         if(m==0)
        {
            cout<<1<<" "<<s<<" "<<t<<endl;
            return;
        }
        if(m==1)
        {
            cout<<k+1<<" "<<s<<" "<<z<<endl;
            return;
        }
        m--;
        sovle(t,z,s,k);
    }
}
int main()
{
    inal();
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
        scanf("%d%I64d",&n,&m);
        sovle(1,3,2,n);
    }
    return 0;
}


hdu2184

接下來咱們再進一步,第m步的時候輸出三個柱子上的盤子的編號

如果直接看這題是不是會被嚇到,但是有前面題目的積累,這題也只是進了一步而已。eg:4個盤子,第5步,3個盤子移到目的柱,則需要7步,2個盤子移到目的柱需要3步,

則這裏可以判定第4個盤子肯定在原來的柱子上不動,那第3個盤子會移到中間柱上。寫個遞歸函數是不是很方便呢?如何保存每個柱子上的盤子號呢?由於遞歸的性質,會大的盤子先確定,柱子上編號較小的盤子可能是在下一層遞歸中確定。輸出是先輸出大的再輸出小的,先進先出,不就是隊列麼。

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<queue>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll a[64],m;
int t,n,len[4];
queue<int> qu[4];
void inal()
{
    a[1]=1;
    for(int i=2;i<=63;i++)
        a[i]=2*a[i-1]+1;
}
void sovle(int s,int t,int z,int n)
{
    int k=1;
    while(k<64&&m-a[k]>0)
        k++;
    k--;
    for(int i=n;i>k+1;i--)
    {
        len[s]++;
        qu[s].push(i);
    }
    m-=a[k];
    int d=(n-k)&1;
    if(d==0)
        swap(z,t);
    if(m==0)
    {
        for(int i=k;i>=1;i--)
        {
            len[z]++;
            qu[z].push(i);
        }
        len[s]++;
        qu[s].push(k+1);
        return;
    }
    len[t]++;
    qu[t].push(k+1);
    if(m==1)
    {
        for(int i=k;i>=1;i--)
        {
            len[z]++;
            qu[z].push(i);
        }
        return;
    }
    m--;
    sovle(z,t,s,k);
}
int main()
{
    inal();
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
        memset(len,0,sizeof(len));
        scanf("%d%I64d",&n,&m);
        sovle(1,3,2,n);
        for(int i=1;i<=3;i++)
        {
            printf("%d ",len[i]);
            printf("%d",qu[i].front());
            qu[i].pop();
            while(!qu[i].empty())
            {
                printf(" %d",qu[i].front());
                qu[i].pop();
            }
            printf("\n");
        }
    }
    return 0;
}

hdu1995

問題把n個盤子移到目的柱,問第k個盤子在這過程中一共移動了多少次。

看上去很複雜的樣子,但仔細想一想,第n個盤子只需要1次,第n-1個盤子只需要移動2次,你可以這麼遞歸下去,當然有感覺的也可以直接找到規律,不說了,上代碼

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long ll;
int t,n,k;
int main()
{
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
        scanf("%d%d",&n,&k);
        ll ans=pow(2,n-k);
        printf("%I64d\n",ans);
    }
    return 0;
}

hdu1996

問n個盤子,移動到目的柱的過程中(不考慮最優的情況)會產生序列的總數,low題,每個哦案子不就可以在三個柱子上麼,3的階層就行了

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<algorithm>
#include<math.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll a[31];
void inial()
{
    a[0]=1;
    for(int i=1;i<=30;i++)
        a[i]=3*a[i-1];
}
int main()
{
    inial();
    int t,k;
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
        scanf("%d",&k);
        printf("%I64d\n",a[k]);
    }
    return 0;
}


上面兩題算是休息,現在來看看更加深入,更加有趣的漢諾塔,hdu1997,自己看題意啊

這題是不是一看到就把人嚇到了,對於這種問題,肯定是遞歸的啦!現在的問題是遞歸什麼,如果你要遞歸每一步,肯定會爆掉。我們要弄清楚我們可以確定什麼,由於最裸的公式,我們可以確定,n在A或C,如果n確定了,那麼我們需要考慮n-1。如果n在A,那還處於最裸的公式中的第一步,那麼n-1只有在A或B,目的柱是B,起點是A,中間點是C。如果n到C,那一定經歷過了第一步,那麼n-1要麼在C要麼在B,起點是B,中間點是A,目的點是C

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int M=70;
int t,n,len[4],a[4][M],no[4],f=-1;
void input()
{
    scanf("%d",&n);
    for(int i=0;i<3;i++)
    {
        scanf("%d",&len[i]);
        for(int j=0;j<len[i];j++)
            scanf("%d",&a[i][j]);
    }
}
void dfs(int A,int B,int C,int n)
{
    if(f!=-1)
        return;
    if(n==0)
    {
        f=1;
        return;
    }
    if(a[A][no[A]]==n)
    {
        no[A]++;//cout<<n<<" -------  "<<A<<endl;
        dfs(A,C,B,n-1);
    }
    else
        if(a[C][no[C]]==n)
    {
        no[C]++;//cout<<n<<" -------  "<<C<<endl;
        dfs(B,A,C,n-1);
    }
    else
    {
        f=0;
        return;
    }

}
int main()
{
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
        input();
        no[0]=no[1]=no[2]=0;
        f=-1;
        dfs(0,1,2,n);//cout<<f<<endl;
        if(f)
            puts("true");
        else
            puts("false");
    }
    return 0;
}

我們做一些改變了規則的漢諾塔

hdu2064盤子不能直接從A到C,只能先由B在到C。

學會着遞推公式,找不到的話,可以先模擬少數幾個盤子

n-1個盤子先要移到C,n移到B,n-1個盤子移到A,n移到C,n-1個盤子移到C

#include<iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll f[37];
void Inial()
{
    f[1]=2;
    for(int i=2;i<36;i++)
        f[i]=3*f[i-1]+2;
}
int main()
{
    Inial();
    int n;
    while(scanf("%d",&n)!=EOF)
    {
        cout<<f[n]<<endl;
    }
    return 0;
}

hdu2077

規則在hdu2064的基礎上再變一下,最大的盤可以放在小的盤子的上面(最上面)

跟上題結合一下,n-1用上題的規則移到B,n移到B,再移到C,再把n-1個移到C

#include<iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll a[37],b[37];
void Inial()
{
    a[1]=2;
    b[1]=1;
    for(int i=2;i<=20;i++)
    {
        a[i]=3*a[i-1]+2;
    }
    for(int i=2;i<=20;i++)
    {
        b[i]=b[i-1]+a[i-1]+1;
    }
}
int main()
{
    Inial();
    int n,m;cin>>n;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        cin>>m;
        cout<<b[m-1]*2+2<<endl;
    }
    return 0;
}

hdu1207

規則又做了一次改變,這次有了四根柱子,這題的難點在於慣性思維(慣性思維害死人啊!!!),大家都用遞推來做,其實是裏面柔和了dp。大家自己感受下來自世界的深深的惡意。

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
double a[65],b[65];
void inial()
{
   b[1]=1;
   for(int i=2;i<65;i++)
    b[i]=2*b[i-1]+1;
   a[1]=1;
   a[2]=3;
   for(int i=3;i<=64;i++)
   {
       a[i]=b[i];
       for(int j=1;j<i;j++)
       {
           a[i]=min(2*a[j]+b[i-j],a[i]);
       }
   }
}
int main()
{
    int n;
    inial();
    while(scanf("%d",&n)!=EOF)
    {
        cout<<a[n]<<endl;
    }
    return 0;
}


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