Drawing Simple Polygon(Create Simple Polygon from unordered points by angle sorting)
Keywords: 极角排序, Simple Polygon Generation
题意:
给了一组无序的平面点集,目标是构造出一个Simple Polygon, Simple Polygon相比Polygon的定义约束是要求Polygon无边自交(题目也有具体的描述)。
分析:
任意点序列看作一个Polygon。原始序列满足Simple Polygon的自交约束的对应序列可看作原始序列的特定Comparator下的排序结果。此处意味着可能存在一种Comparator, 通过其可套用通用的序列排序算法得到目标结果。
答案是对标Convex Hull问题的经典算法Graham Scan的presort子算法,也就是极角排序。极角排序是二维点集有序化的一个经典思路, 普通的axis-based sort可看作极点在无穷远处的一个特例, 同时Graham Scan后部分Scan可以直接处理任意的Simple Polygon或小修后处理axis-based sorted点序列。此时有某种直观指引: 通过Graham Scan的微修版presort可以解决Simple Polygon的构造问题。
多点共线(且其中一个点为极点)是极角排序需要补充定义进行处理的特殊情况, Graham Scan可将多点共线的处理延迟至Scan的实现上。补充多点共线点的偏序定义为极径增序,特例为入度方向相邻的共线区间为极径减序。
Why Impossible? All the Points are in a same line.
Code:
#include <iostream>
#include <array>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>
using namespace std;
namespace cglib {
template <class Type = int>
struct Vec2{
Type x, y;
Vec2(){}
Vec2(Type _x, Type _y): x(_x), y(_y){}
bool operator < (const Vec2& rhs) {
return y == rhs.y ? x < rhs.x : y < rhs.y;
}
Vec2 operator - (const Vec2& rhs) const {
return Vec2(rhs.x - x, rhs.y - y);
}
double length2() const {
return x * x + y * y;
}
};
using vec2i = Vec2<int>;
template <class Type>
int to_left_test(const Type p, const Type q, const Type s) {
int x = _Area(p, q, s);
return x == 0 ? -1: x > 0;
}
template <class Type>
int _Area(const Type& p, const Type& q, const Type& s) {
return p.x * q.y - p.y * q.x +
q.x * s.y - q.y * s.x +
s.x * p.y - s.y * p.x;
}
bool graham_presort(std::vector<vec2i>& P, std::vector<int>& idx) {
std::swap(idx[0], idx[std::min_element(P.begin(), P.end())-P.begin()]);
bool is_same_line = true;
std::sort(idx.begin()+1, idx.end(), [&](const int& lhs, const int& rhs)->bool{
switch (to_left_test(P[idx[0]], P[lhs], P[rhs])) {
case -1:
return (P[lhs]-P[idx[0]]).length2() < (P[rhs]-P[idx[0]]).length2();
case 0:
is_same_line = false;
return false;
case 1:
is_same_line = false;
return true;
}
});
if(!is_same_line) {
for(int i = idx.size()-2; i > 0; i--) {
if(to_left_test(P[idx[0]], P[*idx.rbegin()], P[idx[i]]) == -1) continue;
std::reverse(idx.begin()+i+1, idx.end());
break;
}
}
return !is_same_line;
}
}
int main() {
using namespace cglib;
int T, N;
std::cin >> T;
for(int t = 0; t < T; t++) {
std::cin >> N;
std::vector<vec2i> P;
vec2i p;
for(int i = 0; i < N; i++) {
std::cin >> p.x >> p.y;
P.emplace_back(p);
}
std::vector<int> idx(P.size());
for(int i = 0; i < idx.size(); i++) idx[i] = i;
std::cout << "Case " << t+1 << ":" << std::endl;
if( !graham_presort(P, idx) ) {
std::cout << "Impossible\n";
}
else {
for(int i = 0; i < idx.size()-1; i++)
std::cout << idx[i] << ' ';
std::cout << *idx.rbegin() << std::endl;
}
}
}