半平面交 (poj 1279(第一道半平面NlogN)完整注释 )

            半平面交的O(nlogn)算法(转载)

求n个半平面的交有三种做法:

第一种就是用每个平面去切割已有的凸多边形,复杂度O(n^2)。

第二种就是传说中的分治算法。将n个半平面分成两个部分,分别求完交之后再将两个相交的区域求交集。由于交出来的都是凸多边形,利用凸多边形的交可以在O(n)时间内完成的性质,将复杂度降为O(nlogn)。

第三种就是ZZY大牛的那篇论文提到的他自创的排序增量算法。但是他的那种做法还是有些复杂,在网上找到evalls写的一个很优美的版本:(原文地址:http://evalls.yo2.cn/articles/%E5%8D%8A%E5%B9%B3%E9%9D%A2%E4%BA%A4onlogn%E7%9A%84%E7%AE%97%E6%B3%95.html

step1. 将所有半平面按极角排序,对于极角相同的,选择性的保留一个。 O(nlogn)
step2. 使用一个双端队列(deque),加入最开始2个半平面。
step3. 每次考虑一个新的半平面:
a.while deque顶端的两个半平面的交点在当前半平面外:删除deque顶端的半平面
b.while deque底部的两个半平面的交点在当前半平面外:删除deque底部的半平面
c.将新半平面加入deque顶端
step4.删除两端多余的半平面。
具体方法是:
a.while deque顶端的两个半平面的交点在底部半平面外:删除deque顶端的半平面
b.while deque底部的两个半平面的交点在顶端半平面外:删除deque底部的半平面
重复a,b直到不能删除为止。
step5:计算出deque顶端和底部的交点即可。

这个算法描述的非常清晰。当初写的时候有两个地方想的不太明白:

step 1如何选择性的保留一个。

step3如何判断交点在半平面外。

其实这两个问题都可以用叉积来解决。首先根据给定的两点顺序规定好极角序。

  假定两点o1o2的输入方向是顺时针,那么另一点P是否在其平面内只要判断o1P这个向量是否在o1o2这个向量的右手边即可。对于相同角度的两个半平面(a1a2,b1b2),可以看a1b1这个向量是否在a1a2这个向量的右手边,每次都要选择更靠近右手边的那个半平面。

利用这个算法求多边形的核(PKU 1279),0.00MS,速度还是很快的。

#include <stdio.h>

#include <math.h>

#include<algorithm>

using namespace std;

const int maxn = 1505;

const double eps = 1e-8;

int n, pn, dq[maxn], top, bot;//数组模拟双端队列

struct Point      //顶点

{

    double x, y;

} p[maxn];



struct Line      //线

{

    Point a, b;

    double angle;//极角

    Line& operator= (Line l)

    {

        a.x = l.a.x;

        a.y = l.a.y;

        b.x = l.b.x;

        b.y = l.b.y;

        angle = l.angle;

        return *this;

    }

} l[maxn];

int dblcmp(double k)//精度函数

{

    if (fabs(k) < eps) return 0;

    return k > 0 ? 1 : -1;

}

double multi(Point p0, Point p1, Point p2)

{                   //叉积

    return (p1.x-p0.x)*(p2.y-p0.y)-(p1.y-p0.y)*(p2.x-p0.x);

}

bool cmp(const Line& l1, const Line& l2)

{

    int d = dblcmp(l1.angle-l2.angle);

    if (!d)

    return dblcmp(multi(l1.a, l2.a, l2.b)) < 0;

                //大于0取半平面的左半,小于0取右半

    return d < 0;

}

void addLine(Line& l, double x1, double y1, double x2, double y2)

{

    l.a.x = x1;

    l.a.y = y1;

    l.b.x = x2;

    l.b.y = y2;

    l.angle = atan2(y2-y1, x2-x1);

}



void getIntersect(Line l1, Line l2, Point& p)

{

    double A1 = l1.b.y - l1.a.y;

    double B1 = l1.a.x - l1.b.x;

    double C1 = (l1.b.x - l1.a.x) * l1.a.y - (l1.b.y - l1.a.y) * l1.a.x;

    double A2 = l2.b.y - l2.a.y;

    double B2 = l2.a.x - l2.b.x;

    double C2 = (l2.b.x - l2.a.x) * l2.a.y - (l2.b.y - l2.a.y) * l2.a.x;

    p.x = (C2 * B1 - C1 * B2) / (A1 * B2 - A2 * B1);

    p.y = (C1 * A2 - C2 * A1) / (A1 * B2 - A2 * B1);

}



bool judge(Line l0, Line l1, Line l2)

{

    Point p;

    getIntersect(l1, l2, p);

    return dblcmp(multi(p, l0.a, l0.b)) > 0;

    //与上面的注释处的大于小于符号相反,大于0,是p在向量l0.a->l0.b的左边,小于0是在右边,当p不在半平面l0内时,返回true

}



void HalfPlaneIntersect( )

{

    int i, j;

    sort(l, l+n, cmp); //极角排序

    for (i = 0, j = 0; i < n; i++)

        if (dblcmp(l[i].angle-l[j].angle) > 0)

            l[++j] = l[i];//排除极角相同(从了l[1]开始比较)

    n = j + 1;//个数

    dq[0] = 0;//双端队列

    dq[1] = 1;//开始入队列两条直线

    top = 1;

    bot = 0;

    for (i = 2; i < n; i++)

    {

        while (top > bot && judge(l[i], l[dq[top]], l[dq[top-1]])) top--;

        while (top > bot && judge(l[i], l[dq[bot]], l[dq[bot+1]])) bot++;

        dq[++top] = i;

    }

    while (top > bot && judge(l[dq[bot]], l[dq[top]], l[dq[top-1]])) top--;

    while (top > bot && judge(l[dq[top]], l[dq[bot]], l[dq[bot+1]])) bot++;

    dq[++top] = dq[bot];

    for (pn = 0, i = bot; i < top; i++, pn++)

        getIntersect(l[dq[i+1]], l[dq[i]], p[pn]);//更新重复利用p数组

}



double getArea()

{

    if (pn < 3) return 0;

    double area = 0;

    for (int i = 1; i < pn-1; i++)

        area += multi(p[0], p[i], p[i+1]);//利用p数组求面积

    if (area < 0) area = -area;

    return area/2;

}



int main()

{

    int t, i;



    scanf ("%d", &t);

    while (t--)

    {

        scanf ("%d", &n);

        for (i = 0; i < n; i++)

            scanf ("%lf%lf", &p[i].x, &p[i].y);

        for (i = 0; i < n-1; i++)

            addLine(l[i], p[i].x, p[i].y, p[i+1].x, p[i+1].y);

        addLine(l[i], p[i].x, p[i].y, p[0].x, p[0].y);

        HalfPlaneIntersect();

        printf ("%.2lf\n", getArea());

    }

    return 0;

}

 

 

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