Найти выпуклую оболочку множества 2D точек

20

Когда вы забиваете гвозди в деревянную доску и обвиваете их резинкой, вы получаете выпуклый корпус .

введите описание изображения здесь

Ваша миссия, если вы решите принять ее, - найти выпуклый корпус с заданным набором 2D точек.


Некоторые правила:

  • Запишите это как функцию, координаты списка точек (в любом формате, который вы хотите) являются аргументом
  • Выходными данными должен быть список точек в выпуклой оболочке, перечисленных по часовой стрелке или против часовой стрелки, начиная с любой из них
  • Выходной список может быть в любом приемлемом формате, где координаты каждой точки четко различимы. (Например, НЕ одноцветный список {0.1, 1.3, 4, ...})
  • Если три или более точек в сегменте выпуклой оболочки выровнены, на выходе должны сохраняться только две крайности

Образец данных:

Образец 0

Входные данные:

{{1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {1, 3}}

Выход:

{{3, 3}, {1, 3}, {1, 1}}

Математическая графика (Цифры только иллюстративные)

Образец 1

Входные данные:

{{4.4, 14}, {6.7, 15.25}, {6.9, 12.8}, {2.1, 11.1}, {9.5, 14.9}, 
 {13.2, 11.9}, {10.3, 12.3}, {6.8, 9.5}, {3.3, 7.7}, {0.6, 5.1}, {5.3, 2.4}, 
 {8.45, 4.7}, {11.5, 9.6}, {13.8, 7.3}, {12.9, 3.1}, {11, 1.1}}

Выход:

{{13.8, 7.3}, {13.2, 11.9}, {9.5, 14.9}, {6.7, 15.25}, {4.4, 14}, 
 {2.1, 11.1}, {0.6, 5.1}, {5.3, 2.4}, {11, 1.1}, {12.9, 3.1}}

Математическая графика

Образец 2

Входные данные:

{{1, 0}, {1, 1}, {1, -1}, {0.68957, 0.283647}, {0.909487, 0.644276}, 
 {0.0361877, 0.803816}, {0.583004, 0.91555}, {-0.748169, 0.210483}, 
 {-0.553528, -0.967036}, {0.316709, -0.153861}, {-0.79267, 0.585945},
 {-0.700164, -0.750994}, {0.452273, -0.604434}, {-0.79134, -0.249902}, 
 {-0.594918, -0.397574}, {-0.547371, -0.434041}, {0.958132, -0.499614}, 
 {0.039941, 0.0990732}, {-0.891471, -0.464943}, {0.513187, -0.457062}, 
 {-0.930053, 0.60341}, {0.656995, 0.854205}}

Выход:

{{1, -1}, {1, 1}, {0.583004, 0.91555}, {0.0361877, 0.803816}, 
 {-0.930053, 0.60341}, {-0.891471, -0.464943}, {-0.700164, -0.750994}, 
 {-0.553528, -0.967036}}

Математическая графика

Применяются стандартные правила игры в гольф. Нет специальных библиотек геометрии. Более короткий код выигрывает.

Редактировать 1

Здесь мы ищем алгоритмический ответ, а не запрограммированную подпрограмму поиска выпуклого корпуса, такую как эта в MatLab или эта в Mathematica

Редактировать 2

Отвечая на комментарии и дополнительную информацию:

  1. Вы можете предположить, что входной список содержит минимальное количество баллов, которое вам подходит. Но вы должны обеспечить правильную обработку выровненных (под) наборов.
  2. Вы можете найти повторяющиеся точки в списке ввода
  3. Максимальное количество баллов должно быть ограничено только доступной памятью
  4. Re "с плавающей запятой": Вы должны иметь возможность обрабатывать входные списки с десятичными координатами, как те, которые приведены в примерах. Вы можете сделать это, используя представление с плавающей запятой

,

Доктор белисарий
источник
2
Я предсказываю, что MATLAB победит в этом.
Пол Р
Можно ли предположить, что есть хотя бы 3 балла? Можем ли мы предположить, что точки различны? Обязаны ли мы поддерживать координаты с плавающей точкой?
Питер Тейлор
@PeterTaylor пример показывает, что последний ответ верен
Джон Дворжак
Можем ли мы перезаписать ввод?
Джон Дворжак
Проблема последовательной обработки коллинеарных точек состоит в том, что существуют проблемы округления. Нам должно быть позволено делать ошибки.
Джон Дворжак

Ответы:

2

Рубин, 168 символов

C=->q{r=[]
f=m=q.sort[0]
t=-0.5
(_,_,t,*f=q.map{|x,y|a=x-f[0]
b=y-f[1]
[0==(d=a*a+b*b)?9:(-t+e=Math.atan2(b,a)/Math::PI)%2,-d,e,x,y]}.sort[0]
r<<=f)while
!r[1]||f!=m
r}

Этот код рубина также использует алгоритм подарочной упаковки. Функция Cпринимает массив точек и возвращает выпуклую оболочку в виде массива.

Пример:

>p C[[[4.4, 14], [6.7, 15.25], [6.9, 12.8], [2.1, 11.1], [9.5, 14.9], 
     [13.2, 11.9], [10.3, 12.3], [6.8, 9.5], [3.3, 7.7], [0.6, 5.1], [5.3, 2.4], 
     [8.45, 4.7], [11.5, 9.6], [13.8, 7.3], [12.9, 3.1], [11, 1.1]]]

[[5.3, 2.4], [11, 1.1], [12.9, 3.1], [13.8, 7.3], [13.2, 11.9], [9.5, 14.9], [6.7, 15.25], [4.4, 14], [2.1, 11.1], [0.6, 5.1]]
Говард
источник
2

Mathematica 151

все еще работа в процессе

f = For[t = Sort@#; n = 1; l = Pi; a = ArcTan; c@1 = t[[1]],
       n < 2 || c@n != c@1, 
       n++,
      (l = a @@ (# - c@n); c[n + 1] = #) & @@
      t[[Ordering[Mod[a@## - l, 2 Pi] & @@ (#2 - #1) & @@@ Tuples@{{c@n}, t}, 1]]]] &

тестирование:

ClearAll[a, c, t];
s = {{1, 0}, {0.68957, 0.283647}, {0.909487, 0.644276}, {0.0361877, 0.803816}, 
     {0.583004, 0.91555}, {-0.748169, 0.210483}, {-0.553528, -0.967036}, 
     {0.316709, -0.153861}, {-0.79267, 0.585945}, {-0.700164, -0.750994}, 
     {0.452273, -0.604434}, {-0.79134, -0.249902}, {-0.594918, -0.397574}, 
     {-0.547371, -0.434041}, {0.958132, -0.499614}, {0.039941, 0.0990732}, 
     {-0.891471, -0.464943}, {0.513187, -0.457062}, {-0.930053, 0.60341}, 
     {0.656995, 0.854205}};
f@s
Show[Graphics@Line@Table[c@i, {i, n}], 
     ListPlot[{t, Table[c@i, {i, n}]}, 
     PlotStyle -> {PointSize[Medium], PointSize[Large]}, 
     PlotRange -> All]]

введите описание изображения здесь

Доктор белисарий
источник
1

CoffeeScript, 276:

f=($)->z=$[0];e.r=Math.atan2(e.x-z.x,e.y-z.y)for e in $;$.sort((x,y)->(x.r>y.r)-(x.r<y.r));(loop(a=$[i-1]||$[$.length-1];b=$[i];c=$[i+1]||$[0];break if!b;s=(b.x-a.x)*(c.y-b.y)-(b.y-a.y)*(c.x-b.x);break if s<0||!s&&(a.x-b.x)*(b.x-c.x)<0;$.splice i,1))for i in [$.length-1..0];$

Если функция не должна быть доступна, удалите, f=чтобы сбрить еще два символа.

Ввод / вывод - это отдельный массив точек, каждая точка определяется x,yсвойствами. Входной массив изменяется, а также возвращается (если последний не требуется, удалите последние два символа).

Объяснение может быть добавлено позже.

Тестовый набор (не будет работать в oldIE):

alert JSON.stringify f({x:e[0], y:e[1]} for e in JSON.parse "
{{1, 1}, {2, 2}, ...}
".replace(/{/g,"[").replace(/}/g,"]"))

предлагаемая среда тестирования: http://coffeescript.org/

Джон дворак
источник
Я попробовал это с, {{1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {1, 3}}и он вернулся, [{"x" : 1, "y" : 1, "r" : 0}, {"x" : 1, "y" : 3, "r" : 0}, "x" : 2, "y" : 2, "r" : 0.78..}]пока я думаю, что правильный ответ - это некоторая перестановка{{3, 3}, {1, 3}, {1, 1}}
Dr. belisarius
Исправлена ​​проблема @belisarius с точками, коллинеарными с первым, иногда приводящим к неправильной обработке корпуса
Джон Дворжак,
@belisarius, пожалуйста, добавьте это в качестве контрольного примера к вопросу.
Джон Дворжак
Похоже, что теперь работает должным образом :)
Доктор Belisarius
1

Питон, 209 205 195

from math import*
s=lambda(a,b),(c,d):atan2(d-b,c-a)
def h(l):
 r,t,p=[],pi/2,min(l)
 while 1:
    q=min(set(l)-{p},key=lambda q:(s(p,q)-t)%(2*pi));m=s(p,q);r+=[p]*(m!=t);p=q;t=m
    if p in r:return r

Использует алгоритм упаковки подарков. Результат начинается с крайней левой точки и переносится против часовой стрелки.

Пример: h([(1, 1), (2, 2), (3, 3), (1, 3)])возврат[(1, 3), (1, 1), (3, 3)]

картонная коробка
источник
Вам не нужно, printчтобы получить вывод?
Доктор Велизарий
Я думал, что под «выводом» вы подразумевали вывод функции. Вы хотите, чтобы функция печатала результат, а не возвращала его?
картонная
Я думал, что требование the output list can be in any reasonable formatбыло достаточно ясно. Как вы думаете, это должно быть четко указано?
Доктор Велизарий
Кажется, ваши выходные точки не всегда совпадают с входными, если используется плавающая точка. Например, h([(0, 1), (0,1), (0.1 , 1)])дает мне[(0, 1), (0.10000000000000001, 1)]
д-р belisarius