chan算法和fang算法的代码

时间: 2023-10-12 16:19:51 浏览: 56
Chan算法和Fang算法都是求凸包的算法,下面分别给出它们的Python代码实现。 Chan算法: ```python import math def jarvis(points, n): hull = [] left = 0 for i in range(n): if points[i][0] < points[left][0]: left = i p = left while True: hull.append(points[p]) q = (p + 1) % n for i in range(n): if (points[i][1] - points[p][1]) * (points[q][0] - points[i][0]) > (points[i][1] - points[q][1]) * (points[p][0] - points[i][0]): q = i p = q if p == left: break return hull def cross(a, b): return a[0] * b[1] - a[1] * b[0] def dot(a, b): return a[0] * b[0] + a[1] * b[1] def sub(a, b): return (a[0] - b[0], a[1] - b[1]) def add(a, b): return (a[0] + b[0], a[1] + b[1]) def norm(a): return math.sqrt(a[0] ** 2 + a[1] ** 2) def angle(a, b): return math.acos(dot(a, b) / (norm(a) * norm(b))) def dist(a, b): return norm(sub(a, b)) def polar_angle(p, p0): return angle(sub(p, p0), (1, 0)) def graham_scan(points): n = len(points) p0 = min(points, key=lambda x: (x[1], x[0])) sorted_points = sorted(points, key=lambda x: polar_angle(x, p0)) stack = [sorted_points[0], sorted_points[1]] for i in range(2, n): while len(stack) > 1 and cross(sub(stack[-1], stack[-2]), sub(sorted_points[i], stack[-2])) <= 0: stack.pop() stack.append(sorted_points[i]) return stack def get_tangent(p, hull): n = len(hull) l, r = 0, n-1 while l < r: mid = (l + r) // 2 if cross(sub(hull[mid], hull[mid+1]), sub(p, hull[mid+1])) < 0: r = mid else: l = mid + 1 return l def merge_hulls(hulls): hull = [] for h in hulls: hull.extend(h) n = len(hull) hull = graham_scan(hull) if len(hull) == n: return hull m = len(hulls) while m > 1: m = (m + 1) // 2 hulls_new = [] for i in range(0, len(hulls), m): hulls_new.append(graham_scan(hulls[i:i+m])) hull = merge_hulls(hulls_new) return hull def chan(points): n = len(points) k = int(math.ceil(math.sqrt(n))) hulls = [] for i in range(0, n, k): hulls.append(graham_scan(points[i:i+k])) hull = merge_hulls(hulls) while True: m = len(hull) if m < k: hull = merge_hulls(hulls) else: tangents = [] for p in hulls: tangents.append(get_tangent(p, hull)) tangents.append(get_tangent(p[::-1], hull[::-1])) tangents = list(set(tangents)) tangents.sort() m = len(tangents) best = (dist(hull[i], hull[j]), i, j) = float('inf'), -1, -1 for i in range(m): j = (i + 1) % m a, b = tangents[i], tangents[j] ab = sub(hull[b], hull[a]) max_distance = 0 for k in range(m): d = cross(ab, sub(hull[tangents[k]], hull[a])) if d > max_distance: max_distance = d c = k if max_distance < best[0]: best = (max_distance, a, b) c_best = c if best[0] == float('inf'): break h1 = hull[best[1]:best[2]+1] h2 = [hull[i] for i in range(best[2], m)] + [hull[i] for i in range(0, best[1]+1)] hulls = [h1, h2, hull[tangents[c_best]:tangents[(c_best+1)%m]+1][::-1], hull[tangents[(c_best-1)%m]:tangents[c_best]+1][::-1]] hull = merge_hulls(hulls) return hull ``` Fang算法: ```python from collections import deque import math def cross(a, b): return a[0] * b[1] - a[1] * b[0] def sub(a, b): return (a[0] - b[0], a[1] - b[1]) def add(a, b): return (a[0] + b[0], a[1] + b[1]) def norm(a): return math.sqrt(a[0] ** 2 + a[1] ** 2) def dist(a, b): return norm(sub(a, b)) def tangent(hull, p): n = len(hull) if n == 1: return hull[0] l, r = 0, n-1 while r - l > 1: mid = (l + r) // 2 if cross(sub(hull[mid+1], hull[mid]), sub(p, hull[mid])) < 0: l = mid else: r = mid if cross(sub(hull[l+1], hull[l]), sub(p, hull[l])) < 0: return hull[l] elif cross(sub(hull[r], hull[r-1]), sub(p, hull[r])) < 0: return hull[r] else: return hull[l] def fang(points): n = len(points) points.sort() upper = deque([points[0], points[1]]) for i in range(2, n): while len(upper) > 1 and cross(sub(upper[-1], upper[-2]), sub(points[i], upper[-2])) < 0: upper.pop() upper.append(points[i]) lower = deque([points[-1], points[-2]]) for i in range(n-3, -1, -1): while len(lower) > 1 and cross(sub(lower[-1], lower[-2]), sub(points[i], lower[-2])) < 0: lower.pop() lower.append(points[i]) hull = list(upper) + list(lower)[1:-1][::-1] hull = [hull[i] for i in range(len(hull)) if i == 0 or dist(hull[i], hull[i-1]) > 1e-8] hull.sort() m = len(hull) for i in range(m): hull[i] = (hull[i][1], -hull[i][0]) hull.sort() for i in range(m): hull[i] = (-hull[i][1], hull[i][0]) hull = hull[::-1] hull = [hull[i] for i in range(len(hull)) if i == 0 or dist(hull[i], hull[i-1]) > 1e-8] m = len(hull) for i in range(m): hull[i] = (hull[i][1], -hull[i][0]) hull.sort() for i in range(m): hull[i] = (-hull[i][1], hull[i][0]) hull = hull[::-1] m = len(hull) i0 = hull.index(min(hull)) hull = hull[i0:] + hull[:i0] for i in range(m): hull[i] = (hull[i][0], -hull[i][1]) hull.sort() for i in range(m): hull[i] = (hull[i][0], -hull[i][1]) hull = hull[::-1] for i in range(m): hull[i] = (hull[i][1], hull[i][0]) hull = hull[::-1] while len(hull) > 2: m = len(hull) hull_new = [hull[0]] for i in range(1, m-1): if cross(sub(hull[i], hull[0]), sub(hull[i+1], hull[0])) < 0: continue if cross(sub(hull[i], hull[0]), sub(hull_new[-1], hull[0])) < 0: hull_new.pop() hull_new.append(hull[i]) hull_new.append(hull[-1]) if len(hull_new) == len(hull): break hull = hull_new m = len(hull) for i in range(m): hull[i] = (hull[i][1], hull[i][0]) hull.sort() for i in range(m): hull[i] = (hull[i][1], hull[i][0]) hull = hull[::-1] for i in range(m): hull[i] = (hull[i][1], hull[i][0]) hull = hull[::-1] hull = [(hull[i][1], hull[i][0]) for i in range(len(hull))] return hull ``` 这两个算法的实现并不简单,需要理解算法的原理和细节才能正确实现。

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