📅  最后修改于: 2023-12-03 15:39:11.839000             🧑  作者: Mango
Array
中的 N
对作为 (X, Y)
坐标点,它们包含在最小面积矩形内本题的主要目的是求解给定的 Array
中的 N
对 (X, Y)
坐标点,使其包含在最小面积矩形内。具体的解题思路可以采用旋转卡壳算法,这里简要介绍如何实现。
旋转卡壳算法是一种计算几何算法,用于求解在平面上给定的一个凸包,其中包含两个对称平行的支撑平面的最短距离。在该算法中,主要使用的是向量的基本性质和几何变换的基本原理。具体的实现过程如下:
首先,找到凸包中距离最远的两个点,并将它们连接起来,得到凸包的一条直径。该直径在平面上的长度就是凸包的宽度。
接着,按顺序遍历凸包上的所有点,从第一个点开始,依次计算该点到直径的距离。这些距离可以看做是一个序列。
将该序列围绕原点旋转,使得序列中的最大值(即距离直径最远的点)所在的位置为 $x$ 轴正半轴上。这里需要注意的是,在旋转过程中,每个点的坐标也需要旋转。
旋转后,我们可以看到凸包的两个支撑平面就成为了在 $x$ 轴正半轴和 $y$ 轴正半轴上的两条直线。此时,凸包在 $x$ 轴上的投影就是凸包的长度。要计算凸包在 $y$ 轴上的投影,则需要再次遍历凸包上的所有点,按照上述方法计算出它们到直径的距离,并取最大值。这个最大值就是凸包的高度。
最后,用计算出的凸包的宽度和高度相乘,即可求得凸包的面积。这里需要注意的是,在求解面积时,我们需要将坐标计算回原来的坐标系中。
下面给出一个使用旋转卡壳算法求解面积的 Python 实现。这个函数接受一个二维数组作为输入,其中每个元素是一个长度为 2 的数组,表示一个点的坐标。它返回一个浮点数,表示在该点集中,最小面积矩形的面积。
import math
def min_area_rect(points):
if len(points) < 3:
return 0.0
# 从点集中找到凸包的顶点
hull = []
leftmost = min(points, key=lambda p: p[0])
hull.append(leftmost)
last_point = leftmost
def slope(p1, p2):
dx = p1[0] - p2[0]
dy = p1[1] - p2[1]
if dx == 0:
return float('inf')
else:
return dy / dx
def dist(p1, p2):
dx = p1[0] - p2[0]
dy = p1[1] - p2[1]
return math.sqrt(dx ** 2 + dy ** 2)
while True:
next_point = None
for point in points:
if point == last_point:
continue
if next_point is None or slope(point, last_point) > slope(next_point, last_point):
next_point = point
if next_point == leftmost:
break
else:
hull.append(next_point)
last_point = next_point
hull.append(leftmost)
# 计算凸包在两个方向上的投影长度
max_width = 0.0
for i in range(len(hull) - 1):
p1 = hull[i]
p2 = hull[i+1]
width = dist(p1, p2)
max_height = 0.0
for point in points:
if point == p1 or point == p2:
continue
if (point[0] - p1[0]) * (p2[1] - p1[1]) == (p2[0] - p1[0]) * (point[1] - p1[1]):
height = dist(p1, point)
max_height = max(max_height, height)
area = width * max_height
max_width = max(max_width, area)
return max_width
该实现的时间复杂度为 $O(n^2)$,其中 $n$ 表示点集中的点的个数。虽然它的效率不是最优的,但是它实现相对简单,容易理解,可以用作初学者学习计算几何算法的入门学习资料。