C语言利用分治法解决凸包问题

时间: 2023-12-05 08:04:20 浏览: 110
凸包问题是计算几何学中的经典问题,可以通过分治法来解决。下面给出 C 语言实现的分治法求解凸包问题的代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> typedef struct { double x; double y; } point; double cross(point a, point b, point c) { return (b.x - a.x) * (c.y - a.y) - (b.y - a.y) * (c.x - a.x); } void merge(point* points, int left, int mid, int right, point* temp) { int i = left, j = mid + 1, k = 0; while (i <= mid && j <= right) { if (points[i].x < points[j].x) { temp[k++] = points[i++]; } else { temp[k++] = points[j++]; } } while (i <= mid) { temp[k++] = points[i++]; } while (j <= right) { temp[k++] = points[j++]; } for (i = 0; i < k; i++) { points[left + i] = temp[i]; } } void mergeSort(point* points, int left, int right, point* temp) { if (left < right) { int mid = (left + right) / 2; mergeSort(points, left, mid, temp); mergeSort(points, mid + 1, right, temp); merge(points, left, mid, right, temp); } } void divide(point* points, int left, int right, point* hull, int* size) { if (right - left + 1 <= 3) { for (int i = left; i <= right; i++) { hull[(*size)++] = points[i]; } return; } int mid = (left + right) / 2; point* leftHull = (point*) malloc(sizeof(point) * (right - left + 1)); int leftSize = 0; divide(points, left, mid, leftHull, &leftSize); point* rightHull = (point*) malloc(sizeof(point) * (right - left + 1)); int rightSize = 0; divide(points, mid + 1, right, rightHull, &rightSize); point* temp = (point*) malloc(sizeof(point) * (right - left + 1)); merge(leftHull, 0, leftSize - 1, rightHull, 0, rightSize - 1, temp); int tempSize = 0; for (int i = 0; i < leftSize; i++) { while (tempSize >= 2 && cross(hull[tempSize - 2], hull[tempSize - 1], leftHull[i]) <= 0) { tempSize--; } hull[tempSize++] = leftHull[i]; } for (int i = rightSize - 1; i >= 0; i--) { while (tempSize >= 2 && cross(hull[tempSize - 2], hull[tempSize - 1], rightHull[i]) <= 0) { tempSize--; } hull[tempSize++] = rightHull[i]; } *size = tempSize; free(leftHull); free(rightHull); free(temp); } void convexHull(point* points, int n, point* hull, int* size) { point* temp = (point*) malloc(sizeof(point) * n); mergeSort(points, 0, n - 1, temp); divide(points, 0, n - 1, hull, size); free(temp); } int main() { int n = 5; point points[] = {{0, 0}, {1, 1}, {2, 2}, {3, 1}, {4, 0}}; point* hull = (point*) malloc(sizeof(point) * n); int size = 0; convexHull(points, n, hull, &size); for (int i = 0; i < size; i++) { printf("(%lf, %lf)\n", hull[i].x, hull[i].y); } free(hull); return 0; } ``` 这段代码首先定义了一个结构体 `point` 表示二维平面上的点,然后实现了求叉积的函数 `cross`。接着实现了归并排序的函数 `merge` 和 `mergeSort`,用于按照横坐标进行排序。最后实现了分治法求解凸包问题的函数 `divide` 和 `convexHull`,其中 `divide` 是核心函数,用于将点集分成左右两个集合,分别递归求解,并将两个凸包合并成一个。最后在 `main` 函数中给出了一个测试用例。
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