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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