Python实现:汉诺塔问题

汉诺塔问题不管在任何编程语言里都是经典问题,是采用递归算法的经典案例,该问题可以抽象如下:

一 、3根圆柱A,B,C,其中A上面串了n个圆盘

二 、这些圆盘从上到下是按从小到大顺序排列的,大的圆盘任何时刻不得位于小的圆盘上面

三 、每次移动一个圆盘,最终实现将所有圆盘移动到C上

利用Python语言接近自然语言的特性,开发者可以更容易的将递归算法翻译成程序语句,需要的代码量很小。汉诺塔问题的解决步骤用语言描述很简单,仅三步:

A,B,C三个圆柱,分别为初始位,过渡位,目标位,设A柱为初始位,C位为最终目标位

(1)将最上面的n-1个圆盘从初始位移动到过渡位

(2)将初始位的最底下的一个圆盘移动到目标位

(3)将过渡位的n-1个圆盘移动到目标位

对于递归算法中的嵌套函数f(n-1)来说,其初始位,过渡位,目标位发生了变化

代码如下:

import turtle

class Stack:
def __init__(self):
self.items = []
def isEmpty(self):
return len(self.items) == 0
def push(self, item):
self.items.append(item)
def pop(self):
return self.items.pop()
def peek(self):
if not self.isEmpty():
return self.items[len(self.items) - 1]
def size(self):
return len(self.items) def drawpole_3():#画出汉诺塔的poles
t = turtle.Turtle()
t.hideturtle()
def drawpole_1(k):
t.up()
t.pensize(10)
t.speed(100)
t.goto(400*(k-1), 100)
t.down()
t.goto(400*(k-1), -100)
t.goto(400*(k-1)-20, -100)
t.goto(400*(k-1)+20, -100)
drawpole_1(0)#画出汉诺塔的poles[0]
drawpole_1(1)#画出汉诺塔的poles[1]
drawpole_1(2)#画出汉诺塔的poles[2] def creat_plates(n):#制造n个盘子
plates=[turtle.Turtle() for i in range(n)]
for i in range(n):
plates[i].up()
plates[i].hideturtle()
plates[i].shape("square")
plates[i].shapesize(1,8-i)
plates[i].goto(-400,-90+20*i)
plates[i].showturtle()
return plates def pole_stack():#制造poles的栈
poles=[Stack() for i in range(3)]
return poles def moveDisk(plates,poles,fp,tp):#把poles[fp]顶端的盘子plates[mov]从poles[fp]移到poles[tp]
mov=poles[fp].peek()
plates[mov].goto((fp-1)*400,150)
plates[mov].goto((tp-1)*400,150)
l=poles[tp].size()#确定移动到底部的高度(恰好放在原来最上面的盘子上面)
plates[mov].goto((tp-1)*400,-90+20*l) def moveTower(plates,poles,height,fromPole, toPole, withPole):#递归放盘子
if height >= 1:
moveTower(plates,poles,height-1,fromPole,withPole,toPole)
moveDisk(plates,poles,fromPole,toPole)
poles[toPole].push(poles[fromPole].pop())
moveTower(plates,poles,height-1,withPole,toPole,fromPole) myscreen=turtle.Screen()
drawpole_3()
n=int(input("请输入汉诺塔的层数并回车:\n"))
plates=creat_plates(n)
poles=pole_stack()
for i in range(n):
poles[0].push(i)
moveTower(plates,poles,n,0,2,1)
myscreen.exitonclick()

运行结果:

Python实现:汉诺塔问题

Python实现:汉诺塔问题

输入需要演示的汉诺塔层数并回车,这次我试的是5。(层数越多,动画演示时间越长)

演示的是动画,我只是截了这个过程的一张图

Python实现:汉诺塔问题

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