最近的取款机

一 问题描述

在每台有故障的自动取款机上都贴着一个标签，提示客户去最近的取款机上取款。已知 n 台自动取款机的二维位置列表，为每台自动取款机都找到一个距离最近的自动取款机。

二 输入和输出

1 输入

第 1 行包含测试用例数 T（T≤15），每个测试用例都以取款机的数量 n 开始（2≤n ≤10^5 ）。接下来的 n 行，每行都包含一台取款机的坐标 x、y（0≤x , y≤10^9 ）。在一个测试用例中没有两个点重合。

2 输出

对每个测试用例，都输出 n 行，第 i 行表示第 i 个取款机与最近取款机的平方距离。

三 输入和输出样例

1 输入样例

2

10

17 41

0 34

24 19

8 28

14 12

45 5

27 31

41 11

42 45

36 27

15

0 0

1 2

2 3

3 2

4 0

8 4

7 4

6 3

6 1

8 0

11 0

12 2

13 1

14 2

15 0

2 输入样例

200

100

149

100

149

52

97

52

360

97

5

2

2

2

5

1

1

2

4

5

5

2

2

2

5

四 分析和设计

1 分析

本问题中的数据为二维数据，采用 KD 树进行二分搜索即可。

（1）根据输入数据的二维坐标创建 KD 树。

（2）在 KD 树中查询每个点 p 的最近点，输出平方距离。

2 设计

（1）数据结构定义。

可以预先用 p[] 复制一份原始序列，然后在 KD 树中查询 p[i]。也可以增加数据域存储原始 id 的方式存储数据。

（2）创建 KD 树。按照轮转法创建 KD 树，每层选择的维度都为层次与 k 取余，即 idx=dep%k 。本问题坐标为二维，k=2，则第 0 层选择第 0 维，第 1 层选择第 1 维，第 2 层选择第 0 维，第 3 层选择第 1 维，以此轮转。每层都按照当前维度进行比较，将中位数作为划分点，继续创建左右子树。idx 为当前层选择的维度。

（3）查询给定点p 的最近点。

创建 KD 树的方法不同，搜索方式也略有不同。本问题采用非存储型 KD 树，不要求输出最近点，只需输出到最近点的平方距离，因此不需要创建序对，而是定义一个变量 ans，记录 p 到最近点的平方距离。查询时，从树根开始，首先计算树根 a[mid] 与 p 的距离 dist，若 dist

< a[mid].x [dim]，则首先在左子树中查询，若以 ans 为半径的圆与树根的另一区域相交，即 rd

五 代码

package com.platform.modules.alg.alglib.hdu2966;

import java.util.Arrays;

public class Hdu2966 {
    private int N = 100010;
    private Long inf = Long.MAX_VALUE;
    int idx, k = 2;
    public String output = "";
    Long ans;
    Node a[] = new Node[N];
    Node p[] = new Node[N];

    public Hdu2966() {
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            a[i] = new Node();
        }
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i] = new Node();
        }
    }

    public String cal(String input) {
        String[] line = input.split("\n");
        int T, n;
        T = Integer.parseInt(line[0]);
        int count = 1;
        while (T-- > 0) {
            n = Integer.parseInt(line[count++]);
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                String[] num = line[count++].split(" ");
                for (int j = 0; j < k; j++) {
                    p[i].x[j] = Integer.parseInt(num[j]);
                }
                a[i] = p[i];
            }
            build(0, n - 1, 0);
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                ans = inf;
                query(0, n - 1, 0, p[i]);
                output += ans + "\n";
            }
        }
        return output;
    }

    Long dis(Node p, Node q) {
        Long ret = 0L;
        for (int i = 0; i < k; i++)
            ret += (p.x[i] - q.x[i]) * (p.x[i] - q.x[i]);
        return ret > 0 ? ret : inf;
    }

    void build(int l, int r, int dep) {
        if (l > r) return;
        int mid = (l + r) >> 1;
        idx = dep % k;
        Arrays.sort(a, l, r + 1);
        build(l, mid - 1, dep + 1);
        build(mid + 1, r, dep + 1);
    }

    void query(int l, int r, int dep, Node p) {
        if (l > r) return;
        int mid = (l + r) >> 1, dim = dep % k;
        Long dist = dis(a[mid], p);
        if (dist < ans)
            ans = dist;
        Long rd = Long.valueOf(((p.x[dim] - a[mid].x[dim]) * (p.x[dim] - a[mid].x[dim])));
        if (p.x[dim] < a[mid].x[dim]) {
            query(l, mid - 1, dep + 1, p);
            if (rd < ans)
                query(mid + 1, r, dep + 1, p);
        } else {
            query(mid + 1, r, dep + 1, p);
            if (rd < ans)
                query(l, mid - 1, dep + 1, p);
        }
    }

    class Node implements Comparable {
        int x[] = new int[2];
        public int compareTo(Node o) {
            return x[idx] > o.x[idx] ? 1 : -1; // 升序
        }
    }
}

六 测试