九连环是一种源于中国的传统智力游戏。
如图所示,九个的圆环套在一把“剑”上,并且互相牵连。游戏的目标是把九个圆环全部从“剑”上卸下。
圆环的装卸需要遵守两个规则
1.第一个(最右边)环任何时候都可以任意装上或卸下
2.如果第k个环没有被卸下,且第k个环右边的所有环都被卸下,则第k+l个环(第k个环左边相邻的环)
可以任意装上或卸下与魔方的千变万化不同,解九连环的最优策略是唯一的。
为简单起见,我们以“四连环”为例,演示这一过程。这里用1表示环在“剑”上,0表示环已经卸下。
初始状态为1111,每步的操作如下
1. 1101(根据规则2卸下第2个环)
2. 1100(根据规则1卸下第1个环)
3. 0100(根据规则2卸下第4个环)
4. 0101(根据规则1装上第1个环)
5. 0111(根据规则2装上第2个环)
6. 0110(根据规则1卸下第1个环)
7. 0010(根据规则2卸下第3个环)
8. 0001(根据规则1装上第1个环)
9. 0001(根据规则2卸下第2个环)
10. 0000(根据规则1卸下第1个环)
由此可见,卸下“四连环”至少需要10步。
随着环数增加,需要的步数也会随之增多。例如卸下九连环.就至少需要341步。
请你计算,有n个环的情况下,按照规则,全部卸下至少需要多少步。