实用算法实现-第 29 篇 计算几何学
2012-02-07 19:39 myjava2 阅读(228) 评论(0) 编辑 收藏 举报29.1 最近点对
“最近”是指通常意义上的欧几里德距离。《算法导论》中对这个问题进行了介绍。[i]问对于经典的分治法求最近点对有深入的介绍和详尽的伪代码。
29.1.1 实例
PKU JudgeOnline, 3714, Raid.
29.1.2 问题描述
给定n个岗位和n个战士的坐标(0 ≤ X ≤1000000000, 0 ≤ Y ≤ 1000000000)。问这些战士当中,离某个岗位最近的距离是多少?
29.1.3 输入
2
4
00
01
10
11
22
23
32
33
4
00
00
00
00
00
00
00
0 0
29.1.4 输出
1.414
0.000
29.1.5 分析
这也是一个最近距离的问题,只不过是两个集合中的元素的最近距离的问题。采用的方法不同于经典的最近距离点对的分治算法,但是思想上也有类似的地方。
对于每个战士(x0, y0),首先找到一个点,这个点是x最接近x0的所有点中y最接近y0的点,求出(x, y)、(x0, y0)两点距离dis。若minDis > dis,令minDis = dis。在[x - minDis, x + minDis]的横坐标范围内移动x,并对每个x,寻找y最接近y0的点(x, y),若minDis > dis,令minDis = dis。
上述描述中,“最接近x0的x”或者“最接近y0的y”都通过对有序数组的二分查找法来找出。
29.1.6 程序
29.2 线段相交关于线段相交,《算法艺术与信息学竞赛》介绍得比较细致。
29.2.1 实例
PKU JudgeOnline, 1039, Pipe.
29.2.2 问题描述
![](http://hi.csdn.net/attachment/201201/9/0_1326121596935c.gif)
如上图所示,有一条管子,拐角处的两点坐标为(x, y)和(x, y + 1)。有一束光从入口射入,遇到管壁则被阻挡。求光所能达到的最大的x。
29.2.3 输入
4
01
22
41
64
6
01
2-0.6
5-4.45
7-5.57
12-10.8
17-16.55
0
29.2.4 输出
4.67
Through all the pipe.
29.2.5 分析
《算法艺术与信息学竞赛》对这个题有结题报告。
29.2.6 程序
29.3 Melkman在线凸包算法
《算法艺术与信息学竞赛》比较全面、生动地介绍了凸包算法及其应用。
Melkman凸包算法继承Graham-Scan算法的主要思想,并更近一步地采用双端队列,动态地在队列两头进行增删操作,维护“凸性”。
一个Melkman凸包算法的实例如下:
[ii]中描述的Melkman凸包算法如下所示:
1. t ← 1; b ← 0;//这里似乎Melkman弄反了,应该改成:t ← 0;b ←1;
vl← input; v2 ← input; v3 ← input;
if (Vl, v2, v3) > 0
then begin push vl; push v2; end;
else begin push v2; push v1; end;
pushv3 ; insert v3;
2. v ← input;
until (v, db, db+l) < 0 or (dt-1, dt, v) < 0
do v ← inputend;
3. until (dt-l,dt, v) > 0 do pop dt end;
pushv;
4. until(v, db, db+l) > 0 do remove db end;
insertv;
goto 2.
其中定义:
(x, y, z)为根据z在x到y的向量右边、同一条直线上、或左边,而返回1, 0, -1的函数。
push操作就是使得t = t + 1; dt = v。
pop操作就是使得 t = t - 1。
insert操作就是使得b = b - 1; db = v。
remove操作就是使得b = b + 1。
29.3.1 实例
PKU JudgeOnline, 1113, Wall.
29.3.2 问题描述
已知N个点的坐标,要将这些点用围墙围起来,并使得围墙距离点的距离不超过L。求围墙的周长。输出四舍五入。
先输入N和L,然后是N个点的坐标。
1.3.3 输入
9100
200400
300400
300300
400300
400400
500400
500200
350200
200 200
29.3.4 输出
1628
29.3.5 分析
先求这些点的凸包。
可以很容易地证明:周长最短的围墙是由由于凸包的每条边,垂直向外平移L的距离,再将这些线段用半径为L的圆弧连接起来而构成的。
同时又很容易证明:这些圆弧的角度之和为360度。
故此这个问题直接转化为求凸包的周长问题。
凸包的求法中三点共线是十分需要注意的。Melkman算法描述中略去了对三点共线的许多细节的处理。
29.3.6 程序
29.4 实例
29.4.1 线段相交的实例
PKU JudgeOnline, 1039, Pipe.
29.4.2 凸包的实例
PKU JudgeOnline, 1113, Wall.
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