汉诺塔程序设计报告

数据结构学院：信息学院班级：计科高职13-2姓名：曲承玉学号：201303014044—1—汉诺塔程序设计报告一、题目汉诺塔（TowersofHanoi）问题二、设计要求1、在窗口中画出初始时塔和碟子的状态。2、可以以自动或手动两种方式搬移碟子。3、自动搬移可以通过定时器或多线程的方法，每一次移动的时间间隔可以自定，以人眼观察比较舒服为宜，每一次的移动过程如能实现动画最好。4、定义塔的描述类和碟子的描述类。5、在程序中，碟子的数目及每次移动的时间间隔可以通过对话框设置（也应该有默认值）。6、支持暂停功和继续的功能（在自动搬移过程中可以暂停，并继续）。7、暂停后，可以将当前的状态保存（碟子和塔的组合关系）。8、可以从7中保存的文件中读出某个状态，并继续移动。三、问题分析1、已知有三个塔（1、2、3）和n个从大到小的金碟子，初始状态时n个碟子按从大到小的次序从塔1的底部堆放至顶部。2、要求把碟子都移动到塔2（按从大到小的次序从塔2的底部堆放至顶部）。3、每次移动一个碟子。—2—4、任何时候、任何一个塔上都不能把大碟子放到小碟子的上面。5、可以借助塔3。（图1-1）图1-1首先考虑a杆下面的盘子而非杆上最上面的盘子，于是任务变成了：1、将上面的63个盘子移到b杆上；2、将a杆上剩下的盘子移到c杆上；3、将b杆上的全部盘子移到c杆上。将这个过程继续下去，就是要先完成移动63个盘子、62个盘子、61个盘子....1个盘的工作。四、算法选择汉诺塔程序设计算法的实质就是递归递归思想的运用。现将其算法简述如下：为了更清楚地描述算法，可以定义一个函数hanoi(n,a,b,c)。该函数的功能是：将n个盘子从塔a上借助塔b移动到塔c上。这样移动n个盘子的工作就可以按照以下过程进行：1)hanoi(n-1,a,c,b);//将n-1个金盘由a借助c移到b2)将最下面的金盘从a移动到c上；—3—3)hanoi(n-1,b,a,c)；//将b上的n-1个盘借助a移到c重复以上过程，直到将全部的盘子移动到塔c上时为止。采用递归算法，移动N个盘子所需步骤数为12n次，64个盘的移动次数是：18，446，744，073，709，551，615。这是一个天文数字，若每一微秒可能计算(并不输出)一次移动，那么也需要几乎一百万年，盘数为10时所需步骤为1023次,可借助计算机解决。本程序用于找出问题的解决方法并解决较小N值（N≤10）时的汉诺塔问题。五、方案设计1、为了方便按钮等控件的创建，本程序采用Form框架。2、定义了塔类CTower和盘类CPlate，分别用于处理塔和盘的操作。CTower类主要定义塔的坐标、塔上盘的总数、塔上每个盘的编号和位置。CPlate类定义了金盘的坐标、大小、编号、颜色。3、为了支持保存功能，将塔和盘在移动过程中的状态信息参数定义在文档类CHanNuoTaDoc中。在视图类中通过文档指针引用这些参数。4、在视图类CHanNuoTaView中处理塔的移动操作。支持手动和自动两种操作模式。在自动模式中支持暂停和继续功能。两种模式下均可以实现复位操作。5、设计了游戏设置对话框，用于实现对金盘数目和金盘移动速度的设定。设定后金盘处于初始状态。其对应的类是CGameSet。六、编程实现1、CTower类—4—1）数据成员：protected:friendclassCHanNuoTaView;friendclassCHanNuoTaDoc;intstatus;//塔上盘的数量intx;//塔的坐标inty;intz[10];//塔上每个盘的序号将CHanNuoTaView类和CHanNuoTaDoc类声明为友元类，便于在这两个类中直接对CTower类数据成员进行操作。2）成元函数public:CTower();//构造函数~CTower();//析构函数voidsetzb(inta,intb);//设置坐标intgethzb();//获得横坐标intgetczb();//获得纵坐标voidsetstatus();//设置状态intgetstatus();//获得状态voidgbstatus();//改变状态voidsetpansz(intx);//设置盘子intgetpansz();//获得盘子—5—本程序中在其友元类中直接操作数据，故上述成员函数大多未使用。2、CPlate类1）数据成元protected:friendclassCHanNuoTaView;friendclassCHanNuoTaDoc;intx,y;//盘的坐标intnumber;//盘的编号intsize;//盘的大小COLORREFcolor;//盘的颜色2）成元函数protedted:CPlate();//构造函数~CPlate();//析构函数public:voidsetpsz(intx);//设置盘子的大小intgetpsz();//获得盘子的大小由于本程序较小，采用友元类方式直接操作该类数据，故有些成元函数没有定义。3、CHanNuoTaDoc类1）数据成员protected:—6—friendclassCHanNuoTaView;//将CHanNuoTaView类声明//为友元类，便于在CHanNuoTaView类中直接对CHanNuoTaDoc中的数据进行操作intplatenumber;//盘的数目CTowertower[3];//定义塔,CPlateplate[10];//最多10个盘子intflag;//是否是第一次移动盘子CRectrect[3];//定义三个塔上方的区域，手工搬移时用intx_from,y_from,x_to,y_to;//动画移动起止坐标intplateNo;//盘子编号structmovestruct//步骤结构{intfrom;intto;};movestructmov[1024];//用于存储每一步骤intstep;//步骤序号，计算总步骤数intstep2;//步骤序号：取出数组中的每一步intpause;//bool是否暂停intinterval;//两次移动之间的时间间隔intsteplength;//每次移动的步长intauto_run;//是否自动执行—7—intmoving;//bool是否正在移动inttower_from,tower_to;//起始塔和目标塔intauto_state;//“自动”按钮状态intmanual_state;//“手动”按钮状态intpause_state;//“暂停”按钮状态intreset_state;//“复位”按钮状态CStringpause_text;//暂停按钮上的文字其中movestruct结构用于将hanoi函数计算出来的移动步骤存档，包括起始塔和目标塔两个参数。2）成元函数protected:CHanNuoTaDoc();DECLARE_DYNCREATE(CHanNuoTaDoc)public:virtualBOOLOnNewDocument();//初始化数据virtualvoidSerialize(CArchive&ar);//执行存储与打开virtual~CHanNuoTaDoc();4、CHanNuoTaView类1）数据成员public://{{AFX_DATA(CHanNuoTaView)enum{IDD=IDD_HANNUOTA_FORM};—8—CButtonm_reset;//复位按钮CButtonm_pause;//暂停按钮CButtonm_manual;//手动按钮CButtonm_auto;//自动按钮//}}AFX_DATA这四个变量用于控制四个按钮的状态。2）成元函数视图类的成元函数很多，现只列出较为重要的。protected:virtualvoidOnDraw(CDC*pDC);//完成图形界面的绘制public:voidInitData();//数据初始化voidDrawBackground(CDC*pDC);//绘制背景voidnextstep();//执行下一步操作voidMove(intplateNo,intx1,inty1,intx2,inty2);//移动盘子，动画voidMovePlate(CTower*tower_from,CTower*tower_to);//移动盘子，无动画voidDrawPlate(CDC*pDC,CPlateplate);//绘制盘子voidBuildTower(CDC*pDC,CTowertower);//绘制塔voidmove(intget,intput);//移动盘子，序号voidhanoi(intn,intone,inttwo,intthree);//汉诺塔程序—9—protected:afx_msgvoidOnAuto();//自动按钮消息处理函数afx_msgvoidOnTimer(UINTnIDEvent);//定时器消息处理函数afx_msgvoidOnPause();//暂停按钮消息处理函数afx_msgvoidOnLButtonDown(UINTnFlags,CPointpoint);//左键点击消息处理函数afx_msgvoidOnReset();//复位按钮消息处理函数afx_msgvoidOnGameSet();//设置按钮消息处理函数afx_msgvoidOnManual();//手动按钮消息处理函数afx_msgvoidOnUpdateFileOpen(CCmdUI*pCmdUI);//打开文件更新消息处理函数afx_msgvoidOnNextStep();//执行下一步操作消息处理函数自动搬移流程：点击“自动”按钮，其消息处理函数OnAuto调用hanoi递归函数计算所需步骤，并将步骤存入CHanNuoTaDoc类的mov数组中。读出mov数组中的第0个元素（即第一次搬移的起止塔号），作为参数调用MovePlate函数。MovePlate根据所传参数获得起始塔和目标塔上的金盘的信息，主要是金盘的编号和在起始塔与目标塔上的坐标。启动定时器。完成其他参数修改。定时器消息处理函数OnTimer将MovePlate函数中算得的数字作为参数调用Move函数。—10—Move函数判断金盘是否已经移到目标塔上，若不是则将金盘再移动一步；若已经移到目标塔上，说明此次搬移已经结束，关闭定时器。判断是否所有的盘子都已经移到目标塔上，若是提示搬移结束，否则调用PostMessage函数发送NEXT_STEP消息以执行下一步。NEXT_STEP消息的处理函数OnNextStep调用nextstep函数。nextstep函数修改参数，从mov数组中取出下一步骤，再调用MovePlate函数。OnPause函数的暂停/继续功能是通过关闭和打开定时器来实现的。手动搬移功能主要在左键按下消息处理函数OnLButtonDown中实现。具体流程见图1-2流程图。七、运行总结经调试运行，该程序基本满足设计要求，但仍存在一些问题：1.若将速度调的很慢,当自动运行时,鼠标的一些快速移动也会使画面的演示出问题。2.自动搬移时若暂停后再保存退出则重新打开后可继续运行；但是在没有暂停的情况下保存退出，在打开后就不正常。3.在没有暂停的情况下进行设置也会导致程序不正常。—11—图1-2流程图取消起始塔定义，并将塔顶盘设为黄色是否自动搬移退出开始是否正在移动退出是否点中某个塔退出是否已定义起始塔塔上是否有盘退出定义当前塔为起始塔，并将塔顶盘设为蓝色是否起始塔消息框报错退出该塔顶盘是否比欲移动盘大消息框报错退出定义为目标塔，调MovePlate函数，将起始塔顶的金盘移动到目标塔顶。退出是否是否否是是否退出否是是否否是