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编程问答

ZOJ 1450 Minimal Circle 点集的最小圆覆盖

發布時間:2023/12/9 编程问答 40 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 ZOJ 1450 Minimal Circle 点集的最小圆覆盖 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

From: http://blog.csdn.net/zmx354/article/details/17076267

?

給定一個點集,求出能覆蓋點集內所有點的半徑最小的圓。包含點在圓上的情況。個人感覺算是比較麻煩的計算幾何模板了。

在網上看了很多解題,大多數都摘抄自《求一個包含點集所有點的最小圓的算法》這篇論文。

論文中提出的算法一共分一下四步:

第 1 步. 在點集中任取 3 點 A , B , C .

第 2 步. 作一個包 含 A , B , C 三點的最小 圓. 圓周可 能通過這 3 點( 如圖 1 所示) , 也 可能只通過
其中兩點, 但包含第 3 點. 后一種情況圓周上的兩點一定是 位于圓的一條直徑的兩端.

第 3 步. 在點集中找 出距離第 2 步所建圓圓心最遠的點 D . 若 D 點已在圓內或圓周上, 則該
圓即為所求的圓, 算法結束. 否則, 執行第 4 步.

第 4 步. 在 A , B , C , D 中 選 3 個點, 使 由它們生成的一個 包含這 4 點的圓為最 小. 這 3 點成
為新的 A , B 和 C , 返回執 行第 2 步 .

若在第 4 步生成的圓的圓周只通過 A , B , C , D 中的兩點, 則圓周上的兩點取成新的 A 和 B ,
從另兩點中任取一點作為新的 C .


但是我讀的時候感覺其中最關鍵的第四步說的最為模糊了。

下面是我自己的一些關于求四邊形即四個點的最小圓覆蓋的一些想法。

1. 若此四邊形中存在大于等于180度的內角時,則可看作求三角形的最小覆蓋圓(鈍角三角形為以長邊做直徑的圓,否則為該三角形外接圓)。

2. 若存在兩個銳角,兩個非銳角,則必為兩個銳角頂點連線為直徑的圓。

3. 若有三個銳角,一個非銳角,則必為三個銳角頂點組成的三角形的外接圓。

4. 若有四個直角,則任選其中三點組成三角形求其外接圓即可。

解決了第四步,剩下的就是按照上述算法求解了。


下面是AC代碼,里面還有一些其他的模板,一直想攢一套完整的模板,所以就沒刪,求最小點集覆蓋圓的函數為 Cal_Min_Circle(P *p,int n)。

[html] view plaincopyprint?
  • #include?<iostream>??
  • #include?<cstring>??
  • #include?<cstdlib>??
  • #include?<cstdio>??
  • #include?<queue>??
  • #include?<cmath>??
  • #include?<algorithm>??
  • ??
  • #define?LL?long?long??
  • #define?PI?(acos(-1.0))??
  • #define?EPS?(1e-10)??
  • ??
  • using?namespace?std;??
  • ??
  • struct?P??
  • {??
  • ????double?x,y,a;??
  • }p[1100],cp[1100];??
  • ??
  • struct?L??
  • {??
  • ????P?p1,p2;??
  • }?line[50];??
  • ??
  • double?X_Mul(P?a1,P?a2,P?b1,P?b2)??
  • {??
  • ????P?v1?=?{a2.x-a1.x,a2.y-a1.y},v2?=?{b2.x-b1.x,b2.y-b1.y};??
  • ????return?v1.x*v2.y?-?v1.y*v2.x;??
  • }??
  • ??
  • double?Cal_Point_Dis(P?p1,P?p2)??
  • {??
  • ????return?sqrt((p1.x-p2.x)*(p1.x-p2.x)?+?(p1.y-p2.y)*(p1.y-p2.y));??
  • }??
  • ??
  • double?Cal_Point_Dis_Pow_2(P?p1,P?p2)??
  • {??
  • ????return?(p1.x-p2.x)*(p1.x-p2.x)?+?(p1.y-p2.y)*(p1.y-p2.y);??
  • }??
  • ??
  • P?Cal_Segment_Cross_Point(P?a1,P?a2,P?b1,P?b2)??
  • {??
  • ????double?t?=?X_Mul(b1,b2,b1,a1)?/?X_Mul(a1,a2,b1,b2);??
  • ????P?cp?=?{a1.x+(a2.x-a1.x)*t,a1.y+(a2.y-a1.y)*t};??
  • ????return?cp;??
  • }??
  • ??
  • //規范相交??
  • bool?Is_Seg_Cross_Without_Point(P?a1,P?a2,P?b1,P?b2)??
  • {??
  • ????double?xm1?=?X_Mul(a1,a2,a1,b1);??
  • ????double?xm2?=?X_Mul(a1,a2,a1,b2);??
  • ????double?xm3?=?X_Mul(b1,b2,b1,a1);??
  • ????double?xm4?=?X_Mul(b1,b2,b1,a2);??
  • ??
  • ????return?(xm1*xm2?<?(-EPS)?&&?xm3*xm4?<?(-EPS));??
  • }??
  • ??
  • //向量ab與X軸正方向的夾角??
  • double?Cal_Angle(P?t,P?p)??
  • {??
  • ????return?((t.x-p.x)*(t.x-p.x)?+?1?-?(t.x-p.x-1)*(t.x-p.x-1))/(2*sqrt((t.x-p.x)*(t.x-p.x)?+?(t.y-p.y)*(t.y-p.y)));??
  • }??
  • ??
  • //計算?∠b2.a.b1?的大小??
  • double?Cal_Angle_Three_Point(P?a,P?b1,P?b2)??
  • {??
  • ????double?l1?=?Cal_Point_Dis_Pow_2(b1,a);??
  • ????double?l2?=?Cal_Point_Dis_Pow_2(b2,a);??
  • ????double?l3?=?Cal_Point_Dis_Pow_2(b1,b2);??
  • ??
  • ????return?acos(?(l1+l2-l3)/(2*sqrt(l1*l2))?);??
  • }??
  • ??
  • bool?cmp_angle(P?p1,P?p2)??
  • {??
  • ????return?(p1.a?<?p2.a?||?(fabs(p1.a-p2.a)?<?EPS?&&?p1.y?<?p2.y)?||(fabs(p1.a-p2.a)?<?EPS?&&?fabs(p1.y-p2.y)?<?EPS?&&?p1.x?<?p2.x)???);??
  • }??
  • ??
  • //p為點集??應該保證至少有三點不共線??
  • //n?為點集大小??
  • //返回值為凸包上點集上的大小??
  • //凸包上的點存儲在cp中??
  • int?Creat_Convex_Hull(P?*p,int?n)??
  • {??
  • ????int?i,top;??
  • ????P?re;?//re?為建立極角排序時的參考點??下左點??
  • ??
  • ????for(re?=?p[0],i?=?1;?i?<?n;?++i)??
  • ????{??
  • ????????if(re.y?>?p[i].y?||?(fabs(re.y-p[i].y)?<?EPS?&&?re.x?>?p[i].x))??
  • ????????????re?=?p[i];??
  • ????}??
  • ??
  • ????for(i?=?0;?i?<?n;?++i)??
  • ????{??
  • ????????if(p[i].x?==?re.x?&&?p[i].y?==?re.y)??
  • ????????{??
  • ????????????p[i].a?=?-2;??
  • ????????}??
  • ????????else?p[i].a?=?Cal_Angle(re,p[i]);??
  • ????}??
  • ??
  • ????sort(p,p+n,cmp_angle);??
  • ??
  • ????top?=0?;??
  • ????cp[top++]?=?p[0];??
  • ????cp[top++]?=?p[1];??
  • ??
  • ????for(i?=?2?;?i?<?n;)??
  • ????{??
  • ????????if(top?<?2?||?X_Mul(cp[top-2],cp[top-1],cp[top-2],p[i])?>?EPS)??
  • ????????{??
  • ????????????cp[top++]?=?p[i++];??
  • ????????}??
  • ????????????????????else??
  • ????????{??
  • ????????????--top;??
  • ????????}??
  • ????}??
  • ??
  • ????return?top;??
  • }??
  • ??
  • bool?Is_Seg_Parallel(P?a1,P?a2,P?b1,P?b2)??
  • {??
  • ????double?xm1?=?X_Mul(a1,a2,a1,b1);??
  • ????double?xm2?=?X_Mul(a1,a2,a1,b2);??
  • ??
  • ????return?(fabs(xm1)?<?EPS?&&?fabs(xm2)?<?EPS);??
  • }??
  • ??
  • bool?Point_In_Seg(P?m,P?a1,P?a2)??
  • {??
  • ????double?l1?=?Cal_Point_Dis(m,a1);??
  • ????double?l2?=?Cal_Point_Dis(m,a2);??
  • ????double?l3?=?Cal_Point_Dis(a1,a2);??
  • ??
  • ????return?(fabs(l1+l2-l3)?<?EPS);??
  • }??
  • ??
  • //計算三角形外接圓圓心??
  • P?Cal_Triangle_Circumcircle_Center(P?a,P?b,P?c)??
  • {??
  • ??
  • ????P?mp1?=?{(b.x+a.x)/2,(b.y+a.y)/2},mp2?=?{(b.x+c.x)/2,(b.y+c.y)/2};??
  • ????P?v1?=?{a.y-b.y,b.x-a.x},v2?=?{c.y-b.y,b.x-c.x};??
  • ??
  • ????P?p1?=?{mp1.x+v1.x,mp1.y+v1.y},p2?=?{mp2.x+v2.x,mp2.y+v2.y};??
  • ??
  • ????return?Cal_Segment_Cross_Point(mp1,p1,mp2,p2);??
  • }??
  • ??
  • bool?Is_Acute_Triangle(P?p1,P?p2,P?p3)??
  • {??
  • ????//三點共線??
  • ????if(fabs(X_Mul(p1,p2,p1,p3))?<?EPS)??
  • ????{??
  • ????????return?false;??
  • ????}??
  • ??
  • ????double?a?=?Cal_Angle_Three_Point(p1,p2,p3);??
  • ????if(a?>?PI?||?fabs(a-PI)?<?EPS)??
  • ????{??
  • ????????return?false;??
  • ????}??
  • ????a?=?Cal_Angle_Three_Point(p2,p1,p3);??
  • ????if(a?>?PI?||?fabs(a-PI)?<?EPS)??
  • ????{??
  • ????????return?false;??
  • ????}??
  • ????a?=?Cal_Angle_Three_Point(p3,p1,p2);??
  • ????if(a?>?PI?||?fabs(a-PI)?<?EPS)??
  • ????{??
  • ????????return?false;??
  • ????}??
  • ????return?true;??
  • }??
  • ??
  • bool?Is_In_Circle(P?center,double?rad,P?p)??
  • {??
  • ????double?dis?=?Cal_Point_Dis(center,p);??
  • ????return?(dis?<?rad?||?fabs(dis-rad)?<?EPS);??
  • }??
  • ??
  • P?Cal_Seg_Mid_Point(P?p2,P?p1)??
  • {??
  • ????P?mp?=?{(p2.x+p1.x)/2,(p1.y+p2.y)/2};??
  • ????return?mp;??
  • }??
  • ??
  • void?Cal_Min_Circle(P?*p,int?n)??
  • {??
  • ????if(n?==?0)??
  • ????????return?;??
  • ????if(n?==?1)??
  • ????{??
  • ????????printf("%.2lf?%.2lf?%.2lf\n",p[0].x,p[0].y,0.00);??
  • ????????return?;??
  • ????}??
  • ????if(n?==?2)??
  • ????{??
  • ????????printf("%.2lf?%.2lf?%.2lf\n",(p[1].x+p[0].x)/2,(p[0].y+p[1].y)/2,Cal_Point_Dis(p[0],p[1])/2);??
  • ????????return?;??
  • ????}??
  • ??
  • ????P?center?=?Cal_Seg_Mid_Point(p[0],p[1]),tc1;??
  • ??
  • ????double?dis,temp,rad?=?Cal_Point_Dis(p[0],center),tra1;??
  • ????int?i,site,a?=?0,b?=?1,c?=?2,d,s1,s2,tp;??
  • ??
  • ????for(dis?=?-1,site?=?0,i?=?0;?i?<?n;?++i)??
  • ????{??
  • ????????temp?=?Cal_Point_Dis(center,p[i]);??
  • ????????if(temp?>?dis)??
  • ????????{??
  • ????????????dis?=?temp;??
  • ????????????site?=?i;??
  • ????????}??
  • ????}??
  • ??
  • ????while(?Is_In_Circle(center,rad,p[site])?==?false?)??
  • ????{??
  • ????????d?=?site;??
  • ???????//?printf("a?=?%d?b?=?%d?c?=?%d?d?=?%d\n",a,b,c,d);??
  • ??
  • ????????//printf("x?=?%.2lf??y?=?%.2lf\n",center.x,center.y);??
  • ??
  • ???????//?printf("rad?=?%.2lf\n\n",rad);??
  • ???????//?getchar();??
  • ??
  • ????????double?l1?=?Cal_Point_Dis(p[a],p[d]);??
  • ????????double?l2?=?Cal_Point_Dis(p[b],p[d]);??
  • ????????double?l3?=?Cal_Point_Dis(p[c],p[d]);??
  • ??
  • ????????if((l1?>?l2?||?fabs(l1-l2)?<?EPS)?&&?(l1?>?l3?||?fabs(l1-l3)?<?EPS))??
  • ????????{??
  • ????????????s1?=?a,s2?=?d,tp?=?b;??
  • ????????}??
  • ????????else?if((l2?>?l1?||?fabs(l1-l2)?<?EPS)?&&?(l2?>?l3?||?fabs(l2-l3)?<?EPS))??
  • ????????{??
  • ????????????s1?=?b,s2?=?d,tp?=?c;??
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  • ????????rad?=?Cal_Point_Dis(center,p[s1]);??
  • ??
  • ????????if(?Is_In_Circle(center,rad,p[a])?==?false?||?Is_In_Circle(center,rad,p[b])?==?false?||?Is_In_Circle(center,rad,p[c])?==?false?)??
  • ????????{??
  • ????????????center?=?Cal_Triangle_Circumcircle_Center(p[a],p[c],p[d]);??
  • ????????????rad?=?Cal_Point_Dis(p[d],center);??
  • ????????????s1?=?a,s2?=?c,tp?=?d;??
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  • ????????????{??
  • ????????????????center?=?Cal_Triangle_Circumcircle_Center(p[a],p[b],p[d]);??
  • ????????????????rad?=?Cal_Point_Dis(p[d],center);??
  • ????????????????s1?=?a,s2?=?b,tp?=?d;??
  • ????????????}??
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  • ????????????????tc1?=?Cal_Triangle_Circumcircle_Center(p[a],p[b],p[d]);??
  • ????????????????tra1?=?Cal_Point_Dis(p[d],tc1);??
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  • ????????????????if(tra1?<?rad?&&?Is_In_Circle(tc1,tra1,p[c]))??
  • ????????????????{??
  • ????????????????????rad?=?tra1,center?=?tc1;??
  • ????????????????????s1?=?a,s2?=?b,tp?=?d;??
  • ????????????????}??
  • ????????????}??
  • ??
  • ????????????if(Is_In_Circle(center,rad,p[c])?==?false)??
  • ????????????{??
  • ????????????????center?=?Cal_Triangle_Circumcircle_Center(p[c],p[b],p[d]);??
  • ????????????????rad?=?Cal_Point_Dis(center,p[d]);??
  • ????????????????s1?=?c,s2?=?b,tp?=?d;??
  • ????????????}??
  • ????????????else??
  • ????????????{??
  • ????????????????tc1?=?Cal_Triangle_Circumcircle_Center(p[c],p[b],p[d]);??
  • ????????????????tra1?=?Cal_Point_Dis(p[d],tc1);??
  • ????????????????if(tra1?<?rad?&&?Is_In_Circle(tc1,tra1,p[a]))??
  • ????????????????{??
  • ????????????????????rad?=?tra1,center?=?tc1;??
  • ????????????????????s1?=?b,s2?=?c,tp?=?d;??
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  • ????????????if(temp?>?dis)??
  • ????????????{??
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  • ????????????????site?=?i;??
  • ????????????}??
  • ????????}??
  • ????}??
  • ????printf("%.2f?%.2f?%.2f\n",center.x,center.y,rad);??
  • }??
  • ??
  • int?main()??
  • {??
  • ????int?i,n;??
  • ????while(scanf("%d",&n)?&&?n)??
  • ????{??
  • ????????for(i?=?0;i?<?n;?++i)??
  • ????????{??
  • ????????????scanf("%lf?%lf",&p[i].x,&p[i].y);??
  • ????????}??
  • ????????Cal_Min_Circle(p,n);??
  • ????}??
  • }?
  • ?

    總結

    以上是生活随笔為你收集整理的ZOJ 1450 Minimal Circle 点集的最小圆覆盖的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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