凸包问题

    xiaoxiao2026-01-07  7

    首先介绍下什么是凸包问题?如下图:

    在一个二维坐标系,有若干点杂乱排列着,将最外层的点连接起来构成的凸多边型,它能包含给定的所有的点,这个多边形就是凸包。

    寻找凸包的算法有很多种,Graham Scan算法是一种十分简单高效的二维凸包算法,能够在O(nlogn)的时间内找到凸包。

    在讲解之前,读者需要了解向量叉积正负的几何意义,如不了解,可以参考http://blog.csdn.net/laojiu_/article/details/52078675

    Graham Scan算法的做法是先定下一个起点,一般是最左边的点和最右边的点,然后一个个点扫过去,如果新加入的点和之前已经找到的点所构成的“壳”凸性没有变化,就继续扫,否则就把已经找到的最后一个点删去,再比较凸性,直到凸性不发生变化。分别扫描上下两个“壳”,合并在一起,凸包就找到了。这么说很抽象,我们看图来解释:

    我们找下“壳”,上下其实是一样的。首先加入两个点A和C:

    然后插入第三个点G,并计算AC×CG的叉积,却发现叉积小于0,也就是说逆时针方向上∠ACG大于180度,于是删去C点,加入G点:

    然后就是依照这个步骤便能加入D点。在AD上方是以D为起点。就能够找到AGD和DFEA两个凸壳。合并就得到了凸包。

    关于扫描的顺序,有坐标序和极角序两种。坐标序是比较两个点的x坐标,如果小的先被扫描(扫描上凸壳的时候反过来);如果两个点x坐标相同,那么就比较y坐标,小的先被扫描(扫描上凸壳的时候也是反过来)。极角序使用arctan2函数的返回值进行比较,这个读者自己写吧。

    下面贴下代码:

    [cpp]  view plain  copy  print ? #define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE       #include<iostream>   #include<cmath>   #include<algorithm>   using namespace std;      struct Point   {       double x, y;          Point operator-(Point & p)       {           Point t;           t.x = x - p.x;           t.y = y - p.y;           return t;       }          double det(Point p)//向量叉积       {           return x*p.y - p.x*y;       }          double dist(Point & p)//两点距离公式       {           return sqrt((x - p.x)*(x - p.x) + (y - p.y)*(y - p.y));       }   };      bool cmp(Point & p1, Point & p2)   {       if (p1.x != p2.x)           return p1.x < p2.x;          return p1.y < p2.y;   }      Point point[1005];   int convex[1005];   int N;//坐标系的无序点的个数      int getConvexHull()   {       sort(point, point + N, cmp);       int temp;       int total = 0;          for (int i = 0; i < N; i++)//下凸包       {           while (total > 1 && (point[convex[total - 1]] - point[convex[total - 2]]).det(point[i] - point[convex[total - 1]]) <= 0)               total--;           convex[total++] = i;       }          temp = total;          for (int i = N - 2; i >= 0; i--)//上凸包       {           while (total > temp && (point[convex[total - 1]] - point[convex[total - 2]]).det(point[i] - point[convex[total - 1]]) <= 0)               total--;           convex[total++] = i;       }          return total;//返回组成凸包的点的个数,实际上多了一个,就是起点,所以组成凸包的点个数是total-1   }      int main()   {                 return 0;   }  
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