汉诺塔ppt课件

游戏设计与人工智能
在游戏设计和人工智能领域，Hanoi塔问题可以作为解决游戏策略和决策问题的 模型。例如在围棋、象棋等游戏中，可以利用Hanoi塔问题的解法来设计更强大 的游戏AI。
PART 04
Hanoi塔问题的扩展和变 种
REPORTING
带限制的Hanoi塔问题
总结词
带限制的Hanoi塔问题是指在移动盘 子时，需要满足一些特定的限制条件 。
分治策略解法的优点是能够将问题分 解为更小的子问题，降低问题的复杂 度。但缺点是需要仔细设计子问题的 分解方式和合并方式，以确保能够正 确地解决问题。
PART 03
Hanoi塔问题的应用
REPORTING
在计算机科学中的应用
算法设计
Hanoi塔问题可以作为解决复杂算法问题的模型，例如在解决图论、动态规划 等算法问题时，可以利用Hanoi塔问题的特性来设计更高效的算法。
决。
在Hanoi塔问题中，递归解法的基本思 路是将问题分解为三个子问题：将n个 盘，最后将第n个盘子从
A柱移动到B柱。
递归解法的优点是思路简单明了，易于 理解。但缺点是对于大规模问题，递归 解法的时间复杂度较高，容易造成栈溢
出。
动态规划解法
动态规划解法是一种通过将问题分解为子问题并存储子问题的解来避免重复计算的方法。
数学模型的应用
汉诺塔问题可以通过数学模型进行描述和解决，如使用递归公式或动态规划方法。理解如何将实际问题转化为数 学模型，并运用数学工具进行分析和解决，是数学应用的重要能力。
对解决问题的方法论的启示
解决问题的思维方式
汉诺塔问题提供了一种独特的思维方式，即通过不断将问题分解为更小的子问题来解决。这种思维方 式有助于我们在面对复杂问题时，能够更加清晰地理解和分析问题，从而找到有效的解决方案。

总结词
高效、通用
VS
详细描述
动态规划法是一种通过将问题分解为子问 题，并存储子问题的解，最终得出原问题 的解的方法。在汉诺塔问题中，可以将问 题分解为将n-1个盘子从源柱移动到辅助 柱，再将第n个盘子从源柱移动到目标柱 ，最后将n-1个盘子从辅助柱移动到目标 柱。通过这种方式，可以避免重复计算子 问题，提高效率。
汉诺塔问题与函数递归调用 课件
目录
• 汉诺塔问题简介 • 函数递归调用基础 • 汉诺塔问题的递归解法 • 汉诺塔问题的其他解法 • 函数递归调用的优化与扩展
01
汉诺塔问题简介
汉诺塔问题的起源与背景
汉诺塔问题的起源
汉诺塔问题是一个经典的递归问题，起源于印度的古老传说。传说中，有三根柱 子和一些不同大小的圆盘，要将这些圆盘从一根柱子移动到另一根柱子上，且在 移动过程中不能将一个较大的圆盘放在较小的圆盘上。
1. 定义三个柱子：源柱、辅助柱、目标柱。
2. 定义递归函数hanoi(n, source, target, auxiliary)，其中n为盘子的数量，source 为源柱，target为目标柱，auxiliary为辅助柱。
汉诺塔问题递归解法的思路与流程设计
3. 当n=1时，直接将第1个盘子从源柱移动到目标柱。
THANKS
感谢观看
扩展汉诺塔问题的应用场景
拓展问题场景
汉诺塔问题不仅仅是一个数学问题，它也可以拓展到其 他领域的应用场景中。例如，可以将汉诺塔问题视为一 个典型的分治算法问题，从而可以应用于图像处理、文 本编辑器、编译器等领域。
寻找最优解
在解决汉诺塔问题时，可以通过使用递归和记忆化等技 术来寻找最优解。最优解是指在移动盘子时所需的最小 移动次数和最小时间成本。这些技术在优化算法和提高 算法效率方面具有广泛的应用价值。

8
64层汉诺塔经过计算机计算需要移动： 18446744073709551615次，换算成年，大 约是五千多亿年。据现在的科学研究，地 球从诞生到现在，也才只有大约46亿年的 时间，太阳系的预期寿命据说也就是数百 亿年。而要完成64个圆盘的汉诺塔操作却 要5千多亿年，当这个操作完成时，可能我 们人类的世界真的都不存在了！
9
移1.圆动盘技个巧我数（是来步单说数数最两时少句，）…最：…上面的盘直接移
动到目标塔。 2.圆盘个数是双数时，最上面的盘直接移 动到辅助塔。
你有什么收获呢？
10
11
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
2
汉诺塔游戏
3
汉诺塔游戏规则： （1）每次只能移动一个圆盘； （2）大圆盘不能放到小圆盘上面。
4
①
②
③
1个圆盘，只要移动1次。
5
①
②
③
2个圆盘，最少移动3次。
6
讨论：大、中、小三个圆盘 如何移？最少移动多少次？
①
②
③
3个圆盘，最少移动7次 7
移动技巧（步数最少）： 1.圆盘个数是单数时，最上面的盘 直接移动到目标塔。 2.圆盘个数是双数时，最上面的盘 直接移动到辅助塔。
数学游戏1?传说开天辟地的神在印度的一个教塔里留下了三根金刚石的柱子第一根上面从上到下套着64个按从小到大排列的金盘神命令庙里的众僧不停地把它们一个个地从这根柱子搬到另一根柱子上规定可利用中间的一根柱子作为帮助但每次只能搬一个而且大的不能放在小的上面
数学游戏
1
Hale Waihona Puke • 传说开天辟地的神在印度的一个教 塔里留下了三根金刚石的柱子，第一根 上面从上到下套着64个按从小到大排列 的金盘，神命令庙里的众僧不停地把它 们一个个地从这根柱子搬到另一根柱子 上，规定可利用中间的一根柱子作为帮 助，但每次只能搬一个，而且大的不能 放在小的上面。相传神同时发了咒语， 当所有的金盘全部移完时，就是世界末 日到来的时候。

计算，提高算法的效率。但是，对于较大 的n值，动态规划解法的空间复杂度较高，需要较大的存储空间。
03 汉诺塔问题的变 种和扩展
多层汉诺塔问题
01
02
03
定义
多层汉诺塔问题是指将多 层的盘子从一个柱子移动 到另一个柱子，同时满足 汉诺塔问题的规则。
难度
随着盘子层数的增加，解 决问题的难度呈指数级增 长。
子从中间柱子移动到目标柱子。
递归解法的优点是思路简单明了，易于 理解。但是，对于较大的n值，递归解 法的时间复杂度较高，容易造成栈溢出
。
分治策略
分治策略是解决汉诺塔问题的另一种方法。它将问题分解为若干个子问题，分别求解这些子 问题，然后将子问题的解合并起来得到原问题的解。
分治策略的基本思路是将汉诺塔问题分解为三个阶段：预处理阶段、递归转移阶段和合并阶 段。预处理阶段将n-1个盘子从起始柱子移动到中间柱子，递归转移阶段将第n个盘子从起 始柱子移动到目标柱子，合并阶段将n-1个盘子从中间柱子移动到目标柱子。
制作汉诺塔问题的动画演示
除了使用Python或数学软件进行可视化演示外，还可以使 用动画制作软件来制作汉诺塔问题的动画演示。这些软件 提供了丰富的动画效果和编辑工具，可以创建生动有趣的 演示。
在动画演示中，可以使用不同的颜色和形状来表示不同的 柱子和盘子。通过添加音效和文字说明，可以增强演示的 视觉效果和互动性。最终的动画演示可以保存为视频文件 ，并在任何支持视频播放的设备上播放。
使用Python的图形库，如matplotlib或tkinter，可以创建汉诺塔的动态演示。 通过在屏幕上绘制柱子和盘子，并模拟移动过程，可以直观地展示汉诺塔问题的 解决方案。
Python代码可以编写一个函数来模拟移动盘子的过程，并在屏幕上实时更新盘 子的位置。通过递归调用该函数，可以逐步展示移动盘子的步骤，直到所有盘子 被成功移动到目标柱子上。

04
数据结构与排序
汉诺塔问题也可以用来解释和演示不同的 数据结构和排序算法。
05
06
通过汉诺塔问题，人们可以更好地理解如 堆、栈等数据结构的应用和优劣。
在物理学中的应用
复杂系统与自组织
汉诺塔问题在物理学中常被用来研究复杂系统和自组织现 象。
通过对汉诺塔问题的深入研究，人们可以发现其在物理学 中的一些应用，如量子计算、自旋玻璃等。
人工智能与机器学习
在人工智能和机器学习中，汉诺塔问题可以被用来演示 如何使用不同的算法来解决问题。
06
总结与展望
对汉诺塔问题的总结
汉诺塔问题是一个经典的递归问题，其核心在于将一个复杂的问题分解为若干个简单的子问题来解决 。
通过解决汉诺塔问题，我们可以了解到递归算法在解决复杂问题中的重要性，以及将大问题分解为小问 题的方法。
此外，汉诺塔问题还被广泛应用于数学教育和计算机 科学教育中，成为许多课程和教材中的经典案例之一
。
02
汉诺塔问题的数学模型
建立数学模型
定义问题的基本参数
盘子的数量、柱子的数量和塔的直径 。
建立数学方程
根据问题的特点，我们可以建立如下 的数学方程。
递归算法原理
递归的基本思想
将一个复杂的问题分解成更小的子问题来解决。
通过深入研究汉诺塔问题的本质和解决方法，我们可以 为解决其他领域的问题提供有益的启示和方法。
THANKS
感谢观看
其他移动规则
除了传统的规则（盘子只能放在更大的盘子下面）之外，还 可以有其他移动规则，这会改变问题的性质和解决方案。
05
汉诺塔问题的应用场景
在计算机科学中的应用
算法设计与优化
01

缺点：（1）由于时间仓促和对 知识的掌握还不够，在游戏进行 时，没有记录游戏时所用的时间 或步骤数 （2）游戏只能做长方形塔个数在 10以内的个数。
显 示 函 数
演 示 移 动 函 数
递 归 演 示 函 数
程 序 类 说 明
Di sk 类 说 明
程 序 手 动 测 试 画 面
程 序 自 动 执 行 画 面
汉诺塔游戏演示
游戏来源
汉诺塔（又称河内塔）问题是印度的一个古老的 传说。开天辟地的神勃拉玛在一个庙里留下了三根 金刚石的棒，第一根上面套着64个圆的金片，最大 的一个在底下，其余一个比一个小，依次叠上去， 庙里的众僧不倦地把它们一个个地从这根棒搬到另 一根棒上，规定可利用中间的一根棒作为帮助，但 每次只能搬一个，而且大的不能放在小的上面。解 答结果请自己运行计算，程序见尾部。面对庞大的 数字(移动圆片的次数)18446744073709551615， 看来，众僧们耗尽毕生精力也不可能完成金片的移 动。 后来，这个传说就演变为汉诺塔游戏
立 刻 显 示 结 果
程序设计流程图
汉诺塔 游戏
递 归 函 数
选 择 函 数
显 示程序功能解析
优点：（1）这个程序可以简 单的进行游戏演示，分为1-7关， 第一关为3个盘子，第二关有4个 盘子，第三关有5个盘子…... （2）可以显现每步移动的方向， 可视化界面
(3)程序稍加变化，就可以自动演 示
问题要求
汉诺塔益智游戏,完成以下功能:在平面上有A，B,C,三个 位置，在A位置上有N个大小不等得长方形塔，从上至下， 依次排列，要求将A位置得N个长方形，通过B位置，移动到 C位置
设计思想
定义一个position类，它名含友元类disk，其次有公有成 员：过关条件判断函数 check()，HANO塔显示函数 display()，HANO塔初始化函数initial()；对于HANO塔数据 int a[10] ; int b[10]; int c[10]则为保护成员，这组数据是在游 戏时用来动态显示游戏过程最重要的一组数据。设为保护成 员是为了便于以后派生类disk的访问 派生类disk是对基类position的公有继承，它的公有成员 名括主菜单界面函数welcome()，演示中的移动函数 mov(char x,char y,int N)，递归演示函数hano(int n,char a,char b,char c,int N)

第20页/共86页
7.6 函数的递归调用
定义
函数执行的过程中， 直接或者间接的调用 该函数本身，称为函 数的递归调用。
包括：回溯和递推 两个过程
int fun(int n) {
…
z=n*fun(n-1);
…}
第21页/共86页
引例：了解递归问题的回溯和递归两个过程
例7.6
有5个学生，
问第5个学生几岁，他说比第4个学生大2岁。
z=(x>y)?x,y; return z; }
第8页/共86页
复习
4. 函数调用过程
值 形参
实参
39
c = max( a , b ); (main函数)
int max(int x,int y) 9 { int z;
z=(x>y)?x,y; return z; }
第9页/共86页
复习
4. 函数调用过程
把函数头信息,如int max(int x,int y) 通知给编译系统，以便在调用时系统 按此检查调用的合法性。 c = max ( a , b );
第11页/共86页
复习
5. 函数声明 在 哪里 对 谁 进行声明： 主调函数内部对被调用函数进行声明
若main()调用max()，则在（ ）函数 内部，对（ ）函数进行声明。
第12页/共86页
复习
5. 函数声明 在 哪里 对 谁 进行声明： 主调函数内部对被调用函数进行声明
若main()调用max()，则在（main）函数 内部，对（max）函数进行声明。
第13页/共86页
复习
5. 函数声明 声明方法：函数原型（首部）加分号
void main() { int a,b;

03
汉诺塔的递归算法
递归算法的基本思想
递归算法是一种自我复制的算法，其基本思想是将一个复杂问题分解为若干个简 单的子问题，并不断递归解决这些子问题，直到解决最简单的子问题，然后通过 逐步组合得到最终问题的解。
递归算法的关键在于如何定义和划分子问题，以及如何处理子问题的解以得到原 问题的解。
汉诺塔的递归算法实现
汉诺塔的数学原理
1 2
递归
汉诺塔的解决思路采用了递归的思想，即将一个 复杂的问题分解为若干个较小的子问题来解决。
数学归纳法
汉诺塔的求解过程使用了数学归纳法，通过不断 地归纳和推理，最终得出问题的解决方案。
3
最优解法
汉诺塔的最优解法是采用“分治策略”，即将问 题分解为更小的子问题，分别求解，最终合并得 到原问题的解。
感谢您的观看
THANKS
详细描述
1. 起始状态：五个盘子叠在一起，放在第一个柱子上。
2. 目标状态：将五个盘子移动到第三个柱子上，保证在移动过程中大盘子在下，小 盘子在上。
演示三：移动五个盘子
3. 演示移动过程
通过点击鼠标，将五个盘子逐一移动到第二个柱子上，再将它们逐一移动到第 三个柱子上。
4. 总结与思考
演示过程中，可以观察到与前两个演示过程的不同之处，并思考如何通过递归 的方式解决更为复杂的汉诺塔问题。同时，可以尝试探究是否存在其他解决方 案或优化方法。
1. 将n-1个盘子从起 始柱移动到中间柱 子上；
ห้องสมุดไป่ตู้
3. 将n-1个盘子从中 间柱子移动到目标 柱子上。
汉诺塔的递归算法 是将问题划分为以 下三个子问题
2. 将第n个盘子从起 始柱移动到目标柱 子上；
通过不断递归解决 这三个子问题，最 终得到汉诺塔问题 的解。

Stack
1CAB 2ACB 3ABC nabc
Output
AC AB C B
void hanoi ( int n, char a, char b, char c ) { if ( n >= 1 )
{ hanoi ( n-1, a, c, b) ; printf(“%c -->%c\n“,a,c); hanoi (n-1, b, a, c) ;
{ hanoi ( n-1, a, c, b) ; printf(“%c -->%c\n“,a,c); hanoi (n-1, b, a, c) ;
} }
H(n,A,B,C)
H ( 3, A, B, C )
H(n-1,a
H(n-1,a,c,b)
H ( 1, A, B, C ) cout
{ hanoi ( n-1, a, c, b ) ; printf(“%c --> %c\n”, a , c) ; hanoi ( n-1, b, a, c ) ;
} } void main () { int n ;
printf( " Input the number of diskes:\n “) ; scanf(“%d”,&n) ; hanoi ( n, 'A' , 'B' , 'C' ) ; }
H(n-1,a,c,b)
H ( 2, A, C, B )
H(n-1,a,c,b)
H ( 1, A, B, C )
H(n-1,b,a,c)
H ( 0, B , A, C )
Stack
0BAC 1ABC 2ACB 3ABC nabc
Output