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C++计算二维数据点的凸包
2023-07-01 20:39:15 深夜i     --     --
C++ 二维数据点 凸包计算 算法 空间复杂度

随着计算机技术的发展,二维数据点凸包问题的解决变得越发重要。凸包问题主要涉及到计算机图形学、计算几何、计算机视觉等领域,其算法的优化也成为了各领域专家们共同关注的研究方向。

C++是一门高效、快速的计算机语言,使用C++语言编写凸包算法可以有效提高其性能和可靠性。下面我们来了解一下如何使用C++计算二维数据点的凸包。

凸包问题主要是寻找一组点集中的外壳,使得所有的点都位于凸壳的内部,而凸壳上的点之间互相连通。凸包问题的求解可以用多种算法实现,其中基于 Graham扫描算法的凸包问题解法被广泛使用。

Graham扫描算法的基本思路是先选出一个横坐标最小的点作为起点,将所有点按照与起点的极角大小排序,排序后采用栈的方式依次加入点。如果当前加入的点能够形成左拐曲线,则将其加入栈中,否则就退栈直到栈顶的点形成左拐曲线为止,这个点就被认为是一个凸包上的点。最后将所有凸包上的点放在一个数组中,该数组就是这个点集的凸包。

以下是C++实现Graham扫描算法求解二维数据点的凸包的代码示例:


#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

struct Point

  int x;

//求两点之间的距离

int distSq(Point p1, Point p2)

{

  return (p1.x - p2.x) * (p1.x - p2.x) +

      (p1.y - p2.y) * (p1.y - p2.y);

}

//用于查找下一个点

int orientation(Point p, Point q, Point r)

{

  int val = (q.y - p.y) * (r.x - q.x) -

       (q.x - p.x) * (r.y - q.y);

  if (val == 0) return 0; // 靠线上

  return (val > 0)? 1: 2; // 按逆时针顺序

}

// 根据下一个点查找之前的点是否需要弹出

void convexHull(Point points[], int n)

{

  // 至少包含3个点

  if (n < 3) return;

  // 初始化结果

  vector<Point> hull;

  // 查找最左下角的点

  int l = 0;

  for (int i = 1; i < n; i++)

    if (points[i].x < points[l].x)

      l = i;

  // 开始遍历

  int p = l, q;

  do

  {

    hull.push_back(points[p]);

    // 查找下一个点

    q = (p+1)%n;

    for (int i = 0; i < n; i++)

    {

      // 如果q点与 i点在一个方向上,则更新q

      if (orientation(points[p], points[i], points[q]) == 2)

        q = i;

    }

    // 下一个点为q,设置新p和q

    p = q;

  } while (p != l); // 当出现无法形成凸包时结束(一个圆)

  // 将凸包的点放入结果

  for (int i = 0; i < hull.size(); i++)

    cout << "(" << hull[i].x << ", " << hull[i].y << ")\n";

}

int main()

{

  Point points[] = { 3, 2, 2, 0, 0,

            3};

  int n = sizeof(points)/sizeof(points[0]);

  convexHull(points, n);

  return 0;

}

通过这段代码,就可以使用C++来计算二维数据点的凸包了。凸包问题是一种非常重要的算法,应用广泛,掌握它的解决方法也是计算机编程领域中必备的知识点之一。

  
  

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