7-17 汉诺塔的非递归实现(25 分)
借助堆栈以非递归(循环)方式求解汉诺塔的问题(n, a, b, c),即将N个盘子从起始柱(标记为“a”)通过借助柱(标记为“b”)移动到目标柱(标记为“c”),并保证每个移动符合汉诺塔问题的要求。

输入格式:
输入为一个正整数N,即起始柱上的盘数。

输出格式:
每个操作(移动)占一行,按柱1 -> 柱2的格式输出。

输入样例:

3

输出样例:

a -> c
 a -> b
 c -> b
 a -> c
 b -> a
 b -> c
 a -> c

主要思路:通过递归的解法来思考本问题的解的结构。
递归的核心代码:

void Hanno(int n,char a,char b,char c)
{
	if(n==1) return;
	Hanno(n-1,a,c,b);
	cout<<a<<" ->"<<c<<endl;
	Hanno(n-1,b,a,c);

可以很容易的看出,这个结构是一个完全二叉树的结构。

举例:

汉诺塔非递归Python 汉诺塔非递归代码_完全二叉树

解释:数字代表盘的大小。

对盘子的操作顺序,就是中序遍历这个完全二叉树,可以通过遍历普通的链接存储的二叉树那样的非递归遍历。那我们继续分析,如何才能使用堆栈做一种更简单的遍历。
以上面的图片作为例子,我们做如下思考。
1、在这棵完全二叉树种,叶子节点都是1。
2、3进入堆栈之后出栈不能直接输出,需要等待其子树都产生结束,并且左子树都输出,方可输出。同理2也是,只有1为叶子节点不需要产生后代。要实现产生后代并且等左子树输出之后再输出本节点,必须让其产生后代进栈(进栈的原因:因为后代节点可能依然不是叶子节点),并且本节点也得进栈,因为其输出顺序是:左----根—右,其进展顺序应该是:右—根---左,并且我们得标记其已经产生过后代,等再次出栈到本节点时直接输出。
3、根据第一、二条我们知道,如果碰到叶子节点(不能产生后代)或者已经产生过后代的节点,我们直接输出即可,那么我们就可以节省存储空间不需要单独设置其blag,来标记是否产生过子节点,直接将产生子节点的节点层数修改为1即可。
4、再跟据上面例子的图片,对于根节点n=3,我们需要做的是a->c,根据递归结构的代码我们可以知道其左子树上的2节点应该是a->b,右子树上的2节点应该是b->c。同理我们分析一下当遍历到左子树上的2节点时,其目的是a->b,那么左边的1节点就应该是a->c,右边的节点时c->b。也就是当我们遍历到某节点时,假设本节点应该做的操作是:起点柱->终点柱。那么其左子节点就应该是:起点柱->借助柱;其右子节点就应该是:借助柱->终点柱。如此,在产生子代的过程并修改子代所要做的移动即可。
故代码如下:

#include <iostream>
#include <bits/stdc++.h>

using namespace std; 

typedef struct node{
	int layer;
	char start;
	char mid;
	char des;
}Node;
node N,t;
int main(int argc, char** argv) {
	int n;
	cin>>n;
	stack<Node> St;
	N.layer=n;N.start='a';N.mid='b';N.des='c';
	St.push(N);
	while(!St.empty()){
		N=St.top();St.pop();
		if(N.layer==1)printf("%c -> %c\n",N.start,N.des);
		else {
			t.layer=N.layer-1;t.start=N.mid;t.des=N.des;t.mid=N.start;
			St.push(t);
			t.layer=1;t.start=N.start;t.mid=N.mid;t.des=N.des;
			St.push(t);
			t.layer=N.layer-1;t.start=N.start;t.des=N.mid;t.mid=N.des;
			St.push(t);
		}
	} 
	return 0;
}

结果:

汉诺塔非递归Python 汉诺塔非递归代码_完全二叉树_02


注意:代码中的输出结果部分如果采用cout进行输出结果的话,一定会超时。