求任意多边形面积-有向面积

    xiaoxiao2021-04-14  34

    给定多边形的顶点坐标(有序),让你来求这个多边形的面积,你会怎么做? 我们知道,任意多边形都可以分割为N个三角形,所以,如果以这为突破点,那么我们第一步就是把给定的多边形,分割为数个三角形,分别求面积,最后累加就可以了,把多边形分割为三角形的方式多种多样,在这里,我们按照如下图的方法分割:

    图1

    S点作为起始点(点1),a->e依次作为点2,3……。 一个三角形的面积是怎样的呢? 根据线性代数的知识,我们有如下的三角形面积公式,称之为有向面积(signed area):

    将这个行列式以第三列展开可以得到:

    这就是以点1、2、3构成的三角形的有向面积(点如果是顺时针给出,有向面积为负,逆时针给出,有向面积为正),那么继续我们的工作,通过三角形的面积公式,来得到多边形的面积公式: 对于图1而言,多边形的面积就是: S(1->6)=S(1,2,3)+S(1,3,4)+S(1,4,5)+S(1,5,6) 这里我们不免有些疑问,第一,图1所给出的是凸多边形,那这种算法对于非凸多边形是否同样适用呢?比如下面这个最简单的凸多边形的图形:

    图2

    用刚才的划分方法的话,就会出现一个诡异的问题,那就是有一个三角形出现在了图形的外面,而另外一个又超出了多边形的范围(划分为了Sab,Sbc两个图形),那么这样再用刚才的公式求面积,结果还是正确的么? S(1->4)=S(1,2,3)+S(1,3,4) 先公布结论,这个式子是正确的,等等,为什么?还记得刚才我提到了那个“有向面积”的概念么?忘了的话,请回头看看加重了的字。 请注意从图中看,Sab点为顺时针排列,Sbc点为逆时针排列,面积从数值上就是从Sab这个超过范围的大三角形中去掉Sbc这个小三角形,最后的结果神奇的就是多边形Sabc的面积,那么这个结论能否推广到任意多边形呢?

    图3

    在这里不做证明,下面给出的公式,就是任意多边形的面积公式:

    题目:hdu2036     http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2036

    代码:

    #include<iostream> #include<cstdio> #include<string.h> #include<math.h> #include<string> #include<map> #include<set> #include<vector> #include<algorithm> #include<queue> #include<iomanip> using namespace std; struct P{ int x; int y; }; P p[105]; double area(int a) { int b = a-1; return (p[b].x*p[a].y-p[a].x*p[b].y)-(p[0].x*p[a].y-p[a].x*p[0].y)+(p[0].x*p[b].y-p[b].x*p[0].y); } int main() { int n; while(cin >> n){ if(n==0) break; for(int i=0;i<n;i++) cin >> p[i].x >> p[i].y; double sum = 0; for(int i=2;i<n;i++){ sum += 1.0/2.0*area(i); } cout << fixed << setprecision(1) << sum << endl; } return 0; }

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