python学习5---实现凸包
1、暴力法
def g(A,B,P): """ 判断点PA矢量在AB矢量的顺时针还是逆时针方向, 若在逆时针方向则返回1,同向返回0,在顺时针方向返回-1 :param A: :param B: :param P: :return: 1或0或-1 """ #使用PxQ=XpYq-XqYp,若大于0则表示Q在P的逆时针方向 result = (P[1]-A[1])*(B[0]-A[0])-(B[1]-A[1])*(P[0]-A[0]) if result<0: return -1 elif result==0: return 0 else: return 1 def isInTriangle(Pi,Pj,Pk,P): """ 判断点P是否在其他三个点组成的三角形中,是的话返回true :param P: :param Pi: :param Pj: :param Pk: :return: """ if g(Pi,Pj,Pk)==0: return 0 if g(Pi,Pj,P)*g(Pi,Pj,Pk)>=0 and g(Pj,Pk,P)*g(Pj,Pk,Pi)>=0 and g(Pk,Pi,P)*g(Pk,Pi,Pj)>=0: return 1 return 0 def bruteForce(S): """ 暴力方法求解凸包 :param S: 输入的顶点集合 :return: Q的凸包 """ n=len(S) flag=ones((n,1)) output = [] if n==3: #以逆时针方式输出Q的点 if g(S[0], S[1], S[2])>0: output.append(S[0]) output.append(S[1]) output.append(S[2]) elif g(S[0], S[1], S[2])<0: output.append(S[2]) output.append(S[1]) output.append(S[0]) return output # 若取得的三个点共线怎么办????? for i in range(n - 3): for j in range(i + 1, n - 2): for k in range(j + 1, n - 1): for p in range(k + 1, n): # 有一个点在其他点组成的三角形里 if isInTriangle(S[i], S[j], S[k], S[p]): # 则将该点对应的标志位置为0 flag[p] = 0 if isInTriangle(S[p], S[j], S[k], S[i]): # 则将该点对应的标志位置为0 flag[i] = 0 if isInTriangle(S[k], S[p], S[i], S[j]): # 则将该点对应的标志位置为0 flag[j] = 0 if isInTriangle(S[p], S[j], S[i], S[k]): # 则将该点对应的标志位置为0 flag[k] = 0 print(flag) sub_S = [] for i in range(n): if flag[i][0]: # if标志不为0,将添加到sub_S: sub_S.append(S[i]) # 则sub_S保存的是在凸包的顶点 sub_S = np.array(sub_S) # 找到sub_S的x坐标最大点B和x坐标最小点A sub_S_index = argsort(sub_S[:, 0]) A = sub_S[sub_S_index[0]] B = sub_S[sub_S_index[-1]] # 按照点在AB直线上方还是下方将sub_S分为两部分Sup,Sdown Sup = [] Sdown = [] for i in range(len(sub_S)): if g(A, B, sub_S[i]) > 0: Sup.append(sub_S[i]) if g(A, B, sub_S[i]) < 0: Sdown.append(sub_S[i]) # 将Sup按照横坐标递减排序,将Sdown按照横坐标递增排序 Sup = np.array(Sup) Sup = Sup[argsort(-Sup[:, 0])] Sdown = np.array(Sdown) Sdown = Sdown[argsort(Sdown[:, 0])] # 从B开始按照x坐标递减依次输出Sup,到达A,按照x坐标从小到大依次输出Sdown output=[] # for i in range(len(sub_S)): output.append(A) output.extend(Sdown) output.append(B) output.extend(Sup) return output
2、GrahamScan
def GrahamScan(S): """ GrahamScan求凸包 :param S: :return: """ #预处理:找到S中y坐标最小的点P0,以水平为极轴求得每个点极角 n = len(S) P = [] S = S[argsort(S[:, 1])] #P.append(tuple(S[0])) P.append(list(S[0, 0:2])) PointPolar = [] # 保存(x,y,极角) for i in range(1, n): polar = math.atan2(S[i][1] - S[0][1], S[i][0] - S[0][0]) polar = polar / math.pi * 180 PointPolar.append([S[i][0], S[i][1], polar]) # 将PointPolar的点按照极角从小到大排序,保存在result result = preProcessing(PointPolar) new_dict2 = remove_dup(result, P[0]) #P.extend(new_dict2.keys()) for key in new_dict2: P.append(list(key)) #若m<=1返回凸包是空 m=len(P) if m<=2: return # 将P[0],P[1],P[2]依次压栈Q stack = [] stack.append(P[0]) stack.append(P[1]) stack.append(P[2]) for i in range(3, m): while isInTriangle(P[0], P[i], stack[-2], stack[-1]): stack.pop() stack.append(P[i]) return stack
def preProcessing(PointPolar): """ 当多个点的极角相同时,保留距离原点最远的点 :param dict: :return:一个list,经预处理的P[0:m],按照极角从小到大保存要处理的点集 """ sorted_polar=sorted(PointPolar,key=lambda d:d[2]) return sorted_polar def remove_dup(sorted_polar,raw): """ :param sorted_dict: :return: """ sorted_dict = {} for d in sorted_polar: sorted_dict[(d[0], d[1])] = d[2] new_dict = {} new_dict2 = {} for k, v in sorted_dict.items(): new_dict.setdefault(v, []).append(k) for k, v in new_dict.items(): if len(v) > 1: d = [] for item in v: d.append((item[0]-raw[0]) * (item[0]-raw[0]) + (item[1]-raw[1]) * (item[1]-raw[1])) v = v[argmax(d)] new_dict2[v] = k else: new_dict2[v[0]] = k return new_dict2
结果:
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