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<转> 最小凸包算法(Convex Hull)(1)-Graham扫描法 -计算几何-算法导论

最小凸包算法

原文地址:http://blog.csdn.net/suwei19870312/article/details/542281

基本问题:

平面上有n个点p1,p2, ..., pn, 要求求出一个面积最小的凸多边形,使得这个多边形包含所有平面上的点。

 

根据算法导论上提供的两个方法做一些介绍:

算法1:

Graham扫描法

下面直接给出一段伪代码,方便描述:

  1. GRAHAM-SCAN(Q)
  2. {
  3. 1. 取出所有点钟y坐标最小的点作为初始点p0
  4. 2. 之后对于所有其他点,以p0为中心,点集中的所有点按关于p0的极角逆时针排序,形成p1,p2,..pn-1
  5. 3. push(p0,S)
  6. 4. push(p1,S)
  7. 5. push(P2.S)
  8. for(i: 3->m)
  9. {
  10. px = nexttoTop(S)
  11. py = Top(S)
  12. do while (如果(py->pi向量)相对于(px->py向量)是向右走的)
  13. pop(S)
  14. px = nextotTop(S)
  15. py = Top(S)
  16. push(pi, S);
  17. }
  18. return S;
  19. }

最后S栈中保存了所有凸多边形的顶点集合

 

下面用图示表示一下算法的过程:

1.初始化所有的p0,p1,...pn-1

 

2.  p0,p1,p2入栈

  

3. 这时候栈顶元素是p2,次栈顶元素p1, 枚举p3, 那么可以看出, p2->p3的向量相对于p2->p1的向量是向右走的,所以栈中弹出p2, 压入p3

 

 4. P4入栈,由于栈顶元素是p3,次栈顶元素是p1, 那么p3->p4向量,相对于p1->p3向量是向左走的,所以压入p4

 

 

5.由于栈顶元素是p4,次栈顶元素是p3, 那么p4->p5向量,相对于p3->p4向量是向右走的,所以弹出p4,压入p5

  1. //xiaoxia版
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <math.h>
  4. #include <stdlib.h>
  5. typedef struct
  6. {
  7. double x;
  8. double y;
  9. }POINT;
  10. POINT result[102]; //保存凸包上的点,相当于所说的栈S
  11. POINT a[102];
  12. int n,top;
  13. double Distance(POINT p1,POINT p2) //两点间的距离
  14. {
  15. return sqrt((p1.x-p2.x)*(p1.x-p2.x)+(p1.y-p2.y)*(p1.y-p2.y));
  16. }
  17. double Multiply(POINT p1,POINT p2,POINT p3) //叉积
  18. {
  19. return ((p2.x-p1.x)*(p3.y-p1.y)-(p2.y-p1.y)*(p3.x-p1.x));
  20. }
  21. int Compare(const void *p1,const void *p2) //根据p0->p1的极值和p0->p2的极值进行比较,如果极值相同则用距离长度比较
  22. {
  23. POINT *p3,*p4;
  24. double m;
  25. p3=(POINT *)p1;
  26. p4=(POINT *)p2;
  27. m=Multiply(a[0],*p3,*p4) ;
  28. if(m<0) return 1;
  29. else if(m==0&&(Distance(a[0],*p3)<Distance(a[0],*p4)))
  30. return 1;
  31. else return -1;
  32. }
  33. //寻找凸包的过程,p0,p1,p2..的寻找过程在下面main中进行了
  34. void Tubao()
  35. {
  36. int i;
  37. result[0].x=a[0].x;
  38. result[0].y=a[0].y;
  39. result[1].x=a[1].x;
  40. result[1].y=a[1].y;
  41. result[2].x=a[2].x;
  42. result[2].y=a[2].y;
  43. top=2;
  44. for(i=3;i<=n;i++)
  45. {
  46. while(Multiply(result[top-1],result[top],a[i])<=0 && top>2)
  47. top--;
  48. result[top+1].x=a[i].x;
  49. result[top+1].y=a[i].y;
  50. top++;
  51. }
  52. }
  53. int main()
  54. {
  55. int i,p;
  56. double px,py,len,temp;
  57. while(scanf("%d",&n)!=EOF,n)
  58. {
  59. for(i=0;i<n;i++)
  60. scanf("%lf%lf",&a[i].x,&a[i].y);
  61. if(n==1)
  62. {
  63. printf("0.00/n");
  64. continue;
  65. }
  66. else if(n==2)
  67. {
  68. printf("%.2lf/n",Distance(a[0],a[1]));
  69. continue;
  70. }
  71. //这里的目的好像是找出y坐标最小的点,之后把他定义为P0
  72. py=-1;
  73. for(i=0;i<n;i++)
  74. {
  75. if(py==-1 || a[i].y<py)
  76. {
  77. px=a[i].x;
  78. py=a[i].y;
  79. p=i;
  80. }
  81. else if(a[i].y==py && a[i].x<px)
  82. {
  83. px=a[i].x;
  84. py=a[i].y;
  85. p=i;
  86. }
  87. }
  88. //swap(a[0],a[p])
  89. temp=a[0].x;
  90. a[0].x=a[p].x;
  91. a[p].x=temp;
  92. temp=a[0].y;
  93. a[0].y=a[p].y;
  94. a[p].y=temp;
  95. //用叉乘来实现排序的比较
  96. qsort(&a[1],n-1,sizeof(double)*2,Compare);
  97. a[n].x=a[0].x;
  98. a[n].y=a[0].y;
  99. //调用tubao()
  100. Tubao();
  101. len=0.0;
  102. for(i=0;i<top;i++)
  103. len=len+Distance(result[i],result[i+1]);
  104. printf("%.2lf/n",len);
  105. }
  106. return 0;
  107. }

  算法学习不断!

 

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