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汉诺塔问题的两种解法(5)

App Inventor 少儿编程 1313浏览 0评论

第五节 条件限定法——限定条件

 

限定条件法不关注移动过程的整体规律,而着眼于具体的移动路径(规定每一步移动的出发点及落脚点),对每一种可能的移动路径设置限定条件,通过对限制条件的设置及调整,逐渐找到最优的完整的移动路径。如果说递归方法依赖于人类的智能,那么限定条件法则依赖于时下流行的机器的“智能”。

 

在由Roadlabs、陶陶和我组成的三人项目组中,Roadlabs负责给出限定条件,陶陶和我负责用具体的编程语言来实现。在Roadlab给出的若干个限定条件中,经过反复筛选验证,最终确定以下四个限定条件。

 

(1)取胜条件:当左、中为空,右不为空时,赢得游戏;

(2)单一原则:每次只能移动一个数字;

(3)大小原则:小的数字必须置于大的数字之上;

(4)不连续移动原则:不允许连续移动一个数字;

 

上述的4个条件中,条件1、条件2及条件3是依游戏规则而定,条件2是人为增加的限定,为了防止不必要的重复移动,或者出现死循环。

 

这些条件看起来都很简单,但是要将它们转化为程序语言,还需要进一步的演绎推理,转化成可操作的步骤。上述条件还可以进一步演化出以如4个结论。

 

(a)每次移动中,可用的出发点是唯一的(此条结论由陶陶同学给出);

(b)针对(a)中所指的唯一出发点,当塔尖(列表首项——即将被移动的数字)不为1时,可用的落脚点是唯一的;

(c)当塔尖为1时,塔尖(数字1)的落脚点不唯一,但是作为整体的“塔”的落脚点是唯一的(关于塔的定义见结论d),它必须落在首项值比塔底大1的那一列上。如果塔高(数字的个数)为奇数,则1的落脚点=塔的落脚点;如果塔高是偶数,则1的落脚点=相对缓冲区(塔落脚点以外的另一个可落脚的点);

(d)塔的定义:从1开始的、差值连续为1的数字,其中1被称为塔尖,最后一个数(最大的数)被称为塔底。

 

上述结论是否能够证明它们的正确性呢?这里我们对结论a给出证明,其余几项希望读者自行论证。

 

证明:每一次移动的出发点都是唯一的。

●当步数=0时,出发点只能是左侧的列,即起点,因此是唯一的;

●当步数>0时:

如果最后移动项=1,那么出发点一定不是1(不连续移动原则),因此,下一个出发点必然是非1的两项中值较小的一列,因此出发点是唯一的;

○ 如果最后移动项≠1,那么下一个出发点一定是数字1所在的列,因为上一次移动的出发点所在的列,其首项的当前值一定大于最后移动项的值,因此该首项无处可移(大小原则)。

根据以上分析,可以证明结论a是正确的——每一次移动的出发点都是唯一的。有兴趣的读者不妨仿照此方法,对结论b、c给出证明,图29可供参考。结论d是对“塔”的定义,无须证明。

汉诺塔问题的两种解法(5)

图29 猜猜看图中最后一次移动的是哪个盘子

有了上述结论,就可以着手用程序来实现它们了。

 

== 未完待续 ==

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