BZOJ1013 JSOI2008 球形空间产生器sphere 【高斯消元】

BZOJ1013 JSOI2008 球形空间产生器sphere

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Description

　　有一个球形空间产生器能够在n维空间中产生一个坚硬的球体。现在，你被困在了这个n维球体中，你只知道球面上n+1个点的坐标，你需要以最快的速度确定这个n维球体的球心坐标，以便于摧毁这个球形空间产生器。

Input

　　第一行是一个整数n(1<=N=10)。接下来的n+1行，每行有n个实数，表示球面上一点的n维坐标。每一个实数精确到小数点后6位，且其绝对值都不超过20000。

Output

　　有且只有一行，依次给出球心的n维坐标（n个实数），两个实数之间用一个空格隔开。每个实数精确到小数点后3位。数据保证有解。你的答案必须和标准输出一模一样才能够得分。

Sample Input

2
0.0 0.0
-1.0 1.0
1.0 0.0

Sample Output

0.500 1.500

HINT

　　提示：给出两个定义：
　　1、 球心：到球面上任意一点距离都相等的点。
　　2、 距离：设两个n为空间上的点A, B的坐标为(a1, a2, …, an), (b1, b2, …, bn)，则AB的距离定义为：dist = sqrt( (a1-b1)^2 + (a2-b2)^2 + … + (an-bn)^2 )

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对于每两个n维点p1和p2，若球心是p，可以得到方程
dis=sqrt((p11−p1)2+(p12−p2)2+...+(p1n−pn)2)$dis=sqrt((p{1}_1-p_1{)}^2+(p{1}_2-p_2{)}^2+...+(p{1}_n-p_n{)}^2)$
dis=sqrt((p21−p1)2+(p22−p2)2+...+(p2n−pn)2)$dis=sqrt((p{2}_1-p_1{)}^2+(p{2}_2-p_2{)}^2+...+(p{2}_n-p_n{)}^2)$
所以可以发现
dis2=(p11−p1)2+(p12−p2)2+...+(p1n−pn)2=(p21−p1)2+(p22−p2)2+...+(p2n−pn)2$di{s}^2=(p{1}_1-p_1{)}^2+(p{1}_2-p_2{)}^2+...+(p{1}_n-p_n{)}^2=(p{2}_1-p_1{)}^2+(p{2}_2-p_2{)}^2+...+(p{2}_n-p_n{)}^2$
完全平方项展开后可以发现只关于p元素的完全平方项可以消除，整理得
2∗(p11−p21)∗p1+2∗(p12−p22)∗p2+...+2∗(p1n−p2n)∗pn=(p11)2+(p12)2+...(p1n)2−(p21)2−(p22)2−...−(p2n)2$2\ast (p{1}_1-p{2}_1)\ast p_1+2\ast (p{1}_2-p{2}_2)\ast p_2+...+2\ast (p{1}_n-p{2}_n)\ast p_n=(p{1}_1{)}^2+(p{1}_2{)}^2+...(p{1}_n{)}^2-(p{2}_1{)}^2-(p{2}_2{)}^2-...-(p{2}_n{)}^2$
发现是关于p元素的一次方程，又因为给出了n+1个n维坐标，所以可以得到一个n元一次方程组，用高斯消元解决

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#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define N 30
int n;
double a[N][N];
void gauss(){
    for(int i=1;i<=n;i++){
        int r=i;
        for(int j=i+1;j<=n;j++)
            if(fabs(a[j][i])>fabs(a[r][i]))r=j;
        if(r!=i)for(int j=1;j<=n+1;j++)swap(a[r][j],a[i][j]);
        for(int k=i+1;k<=n;k++){
            double f=a[k][i]/a[i][i];
            for(int j=i;j<=n+1;j++)a[k][j]-=f*a[i][j];
        }
    }
    for(int i=n;i;i--){
        for(int j=i+1;j<=n;j++)
            a[i][n+1]-=a[j][n+1]*a[i][j];
        a[i][n+1]/=a[i][i];
    }
}
int main(){
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++)scanf("%lf",&a[0][i]);
    for(int i=1;i<=n;i++)
        for(int j=1;j<=n;j++){
            double t;scanf("%lf",&t);
            a[i][j]=2.0*(t-a[0][j]);
            a[i][n+1]+=t*t-a[0][j]*a[0][j];
        }
    gauss();
    for(int i=1;i<=n;i++)
        printf("%.3lf ",a[i][n+1]);
    return 0;
}