凸包模板(分治 or Graham掃描法)
問題概述:空間上有很多點,現在要用一個凸多邊形將所有點全部包住,求哪些點在這個凸多邊形上
輸入樣例: 對應輸出:
4 0 0
0 0 2 3
1 1 3 0
2 3
3 0
分治法(時間複雜度nlogn):
原理:將一個大問題分成幾個結構相同的子問題,再把子問題再分成幾個更小的子問題…….然後我們就能用遞迴的
方法,分別求這些子問題的解,最後把每個子問題的解"組裝"成原來大問題的解
步驟:
1、把所有的點都放在二維座標系裡面,那麼橫座標最小和最大的兩個點P1和Pn一定是凸包上的點,這樣點集就被分
成了兩部分,即X軸的上面和下面,它們分別叫做上包和下包
2、對上包求距離直線P1Pn最遠的點Pmax,對下包一樣處理
3、作直線P1Pmax、PnPmax,把直線P1Pmax左側的點當成是上包,把直線PnPmax右側的點也當成是上包,對下
包一樣處理
4、重複步驟2、3直到上方沒有點
#include<stdio.h> #include<limits.h> #include<string.h> typedef struct { int x; int y; int temp; /*若這點在凸包上,則temp==1,否則temp==0*/ }Point; Point s[105]; int n; void Sechup(int a, int b); void Sechdown(int a, int b); int main(void) { int T, i, a, b, ax, bx; scanf("%d", &T); while(T--) { memset(s, 0, sizeof(s)); ax = INT_MAX; bx = INT_MIN; scanf("%d", &n); for(i=1;i<=n;i++) { scanf("%d%d", &s[i].x, &s[i].y); if(s[i].x<ax) ax = s[i].x, a = i; if(s[i].x>bx) bx = s[i].x, b = i; } s[a].temp = s[b].temp = 1; Sechup(a, b); /*上包遞迴*/ Sechdown(a, b); /*下包遞迴*/ for(i=1;i<=n;i++) { if(s[i].temp==1) printf("%d %d\n", s[i].x, s[i].y); } } return 0; } /*若向量叉乘為負,說明點在直線下面,否則在直線上面(參照直線方向為從左到右)*/ void Sechup(int a, int b) { int i, max, c; max = 0; for(i=1;i<=n;i++) { if((s[b].x-s[a].x)*(s[i].y-s[a].y)-(s[b].y-s[a].y)*(s[i].x-s[a].x)>max) { max = (s[b].x-s[a].x)*(s[i].y-s[a].y)-(s[b].y-s[a].y)*(s[i].x-s[a].x); c = i; /*用向量叉乘求三點三角形面積,使三角形面積最大的那個(非直線上的)點便是離參照直線最遠的點Pmax*/ } } if(max!=0)/*參照直線上方有點*/ { s[c].temp = 1; Sechup(a, c); Sechup(c, b); } } void Sechdown(int a, int b) { int i, max, c; max = 0; for(i=1;i<=n;i++) { if((s[b].x-s[a].x)*(s[i].y-s[a].y)-(s[b].y-s[a].y)*(s[i].x-s[a].x)<max) { max = (s[b].x-s[a].x)*(s[i].y-s[a].y)-(s[b].y-s[a].y)*(s[i].x-s[a].x); c = i; } } if(max!=0) { s[c].temp = 1; Sechdown(a, c); Sechdown(c, b); } }
Graham掃描法(時間複雜度nlogn):
步驟:
1、找出y值最小(若y值同等最小,取x小的那個)的作為原點P1
2、以P1為座標原點,將所有點按相對於P0的幅角(連線原點與x軸的夾角大小)從小到大排序,若幅角相同則按與原
點的距離從小到大排序,並依次給點標記P2、P3……Pn
3、初始點P1和第二個點P2入佇列,設P3是當前點
4、設當前隊伍尾端的點A(x1, y1),隊伍尾端倒數第二個點B(x2, y2)和當前點C(x3, y3),求向量AB與向量AC的叉
乘,若為正,則說明點A不在凸包上,將點A踢出佇列,執行步驟5,否則說明點在凸包上,執行步驟6
5、當前點仍不變,繼續執行步驟4
6、當前點入隊,將下一個點作為當前點,執行步驟4,直到所有點全部遍歷完畢(最後一個點Pn入隊)
#include<stdio.h>
#include<limits.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<deque>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef struct
{
int x;
int y;
}Point;
int n, temp;
Point top1, top2, s[105];
deque<Point> q;
bool comp2(Point a, Point b) /*按幅角排序*/
{
if((a.x-top1.x)*(b.y-top1.y)-(a.y-top1.y)*(b.x-top1.x)>0)
return 1;
else if((a.x-top1.x)*(b.y-top1.y)-(a.y-top1.y)*(b.x-top1.x)==0 && abs(a.x-top1.x)<abs(b.x-top1.x))
return 1;
return 0;
}
int main(void)
{
int T, i, ax, ay;
scanf("%d", &T);
while(T--)
{
ax = ay = INT_MAX;
scanf("%d", &n);
for(i=1;i<=n;i++)
{
scanf("%d%d", &s[i].x, &s[i].y);
if(s[i].y<ay || s[i].y==ay && s[i].x<ax)
temp = i, ay = s[i].y, ax = s[i].x; /*步驟1*/
}
top1 = s[temp];
sort(s+1, s+n+1, comp2);
q.push_back(s[1]);
q.push_back(s[2]);
temp = 3; /*步驟3*/
while(temp<=n)
{
top1 = q.back();
q.pop_back(); /*臨時彈出用作判定*/
top2 = q.back();
if((top2.x-top1.x)*(s[temp].y-top1.y)-(top2.y-top1.y)*(s[temp].x-top1.x)<=0) /*步驟4*/
{
q.push_back(top1); /*符合條件,臨時彈出的歸隊*/
q.push_back(s[temp]); /*當前點入隊*/
temp++; /*下一個點作為當前點*/
}
/*不符合條件*/
}
while(q.empty()==0)
{
top1 = q.back();
printf("%d %d\n", top1.x, top1.y);
q.pop_back();
}
}
return 0;
}
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