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凸包算法

时间:2018-05-10 17:12:32      阅读:188      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:排序   欧几里得   1.0   copy   printf   cross   http   main   坐标   

一.概念:

凸包(Convex Hull)是一个计算几何(图形学)中的概念。
在一个实数向量空间V中,对于给定集合X,所有包含X的凸集的交集S被称为X的凸包。
X的凸包可以用X内所有点(X1,...Xn)的线性组合来构造.
在二维欧几里得空间中,凸包可想象为一条刚好包著所有点的橡皮圈。
用不严谨的话来讲,给定二维平面上的点集,凸包就是将最外层的点连接起来构成的凸多边型,它能包含点集中所有的点。
例子:假设平面上有p0~p12共13个点,过某些点作一个多边形,使这个多边形能把所有点都“包”起来。当这个多边形是凸多边形的时候,我们就叫它“凸包”。如下图: 
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二.解法:

Graham扫描法

时间复杂度:O(n㏒n) 
思路:Graham扫描的思想是先找到凸包上的一个点,然后从那个点开始按逆时针方向逐个找凸包上的点,实际上就是进行极角排序,然后对其查询使用。 
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步骤:

  1. 把所有点放在二维坐标系中,则纵坐标最小的点一定是凸包上的点,如图中的P0。
  2. 把所有点的坐标平移一下,使 P0 作为原点,如上图。
  3. 计算各个点相对于 P0 的幅角 α ,按从小到大的顺序对各个点排序。当 α 相同时,距离 P0 比较近的排在前面。例如上图得到的结果为 P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8。我们由几何知识可以知道,结果中第一个点 P1 和最后一个点 P8 一定是凸包上的点。 
    (以上是准备步骤,以下开始求凸包) 
    以上,我们已经知道了凸包上的第一个点 P0 和第二个点 P1,我们把它们放在栈里面。现在从步骤3求得的那个结果里,把 P1 后面的那个点拿出来做当前点,即 P2 。接下来开始找第三个点:
  4. 连接P0和栈顶的那个点,得到直线 L 。看当前点是在直线 L 的右边还是左边。如果在直线的右边就执行步骤5;如果在直线上,或者在直线的左边就执行步骤6。
  5. 如果在右边,则栈顶的那个元素不是凸包上的点,把栈顶元素出栈。执行步骤4。
  6. 当前点是凸包上的点,把它压入栈,执行步骤7。
  7. 检查当前的点 P2 是不是步骤3那个结果的最后一个元素。是最后一个元素的话就结束。如果不是的话就把 P2 后面那个点做当前点,返回步骤4。

  最后,栈中的元素就是凸包上的点了。 
  以下为用Graham扫描法动态求解的过程: 
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  下面静态求解过程

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三.模板

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#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<cmath>
#define PI 3.1415926535
using namespace std;
struct node
{
    int x,y;
};
node vex[1000];//存入的所有的点
node stackk[1000];//凸包中所有的点
int xx,yy;
bool cmp1(node a,node b)//排序找第一个点
{
    if(a.y==b.y)
        return a.x<b.x;
    else
        return a.y<b.y;
}
int cross(node a,node b,node c)//计算叉积
{
    return (b.x-a.x)*(c.y-a.y)-(c.x-a.x)*(b.y-a.y);
}
double dis(node a,node b)//计算距离
{
    return sqrt((a.x-b.x)*(a.x-b.x)*1.0+(a.y-b.y)*(a.y-b.y));
}
bool cmp2(node a,node b)//极角排序另一种方法,速度快
{
    if(atan2(a.y-yy,a.x-xx)!=atan2(b.y-yy,b.x-xx))
        return (atan2(a.y-yy,a.x-xx))<(atan2(b.y-yy,b.x-xx));
    return a.x<b.x;
}
bool cmp(node a,node b)//极角排序
{
    int m=cross(vex[0],a,b);
    if(m>0)
        return 1;
    else if(m==0&&dis(vex[0],a)-dis(vex[0],b)<=0)
        return 1;
    else return 0;
    /*if(m==0)
        return dis(vex[0],a)-dis(vex[0],b)<=0?true:false;
    else
        return m>0?true:false;*/
}
int main()
{
    int t,L;
    while(~scanf("%d",&t),t)
    {
        int i;
        for(i=0; i<t; i++)
        {
            scanf("%d%d",&vex[i].x,&vex[i].y);
        }
        if(t==1)
            printf("%.2f\n",0.00);
        else if(t==2)
            printf("%.2f\n",dis(vex[0],vex[1]));
        else
        {
            memset(stackk,0,sizeof(stackk));
            sort(vex,vex+t,cmp1);
            stackk[0]=vex[0];
            xx=stackk[0].x;
            yy=stackk[0].y;
            sort(vex+1,vex+t,cmp2);//cmp2是更快的,cmp更容易理解
            stackk[1]=vex[1];//将凸包中的第两个点存入凸包的结构体中
            int top=1;//最后凸包中拥有点的个数
            for(i=2; i<t; i++)
            {
                while(i>=1&&cross(stackk[top-1],stackk[top],vex[i])<0)   //对使用极角排序的i>=1有时可以不用,但加上总是好的
                    top--;
                stackk[++top]=vex[i];                                    //控制<0或<=0可以控制重点,共线的,具体视题目而定。
            }
            double s=0;
            //for(i=1; i<=top; i++)//输出凸包上的点
            //cout<<stackk[i].x<<" "<<stackk[i].y<<endl;
            for(i=1; i<=top; i++)   //计算凸包的周长
                s+=dis(stackk[i-1],stackk[i]);
            s+=dis(stackk[top],vex[0]);//最后一个点和第一个点之间的距离
            /*s+=2*PI*L;
            int ans=s+0.5;//四舍五入
            printf("%d\n",ans);*/
            printf("%.2lf\n",s);
        }
    }
}
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凸包算法

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原文地址:https://www.cnblogs.com/zuimeiyujianni/p/9019902.html

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