查找一组2D点的凸包


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当您将一组钉子钉在木板上并用橡皮筋包住时,您会得到一个凸包

在此处输入图片说明

您的任务(如果您决定接受)是找到给定2D点集的凸包


一些规则:

  • 作为函数编写,该点的列表坐标(任意格式)是参数
  • 输出必须是顺时针或逆时针列出的凸包中的点列表,从任何一个开始
  • 输出列表可以采用任何合理的格式,其中每个点的坐标都可以清楚地区分。(例如,不是一个模糊列表{0.1、1.3、4,...})
  • 如果凸包的一段中的三个或更多点对齐,则输出中仅应保留两个极端

样本数据:

样品0

输入:

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

输出:

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

Mathematica图形 (这些数字只是说明性的)

样品1

输入:

{{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}}

输出:

{{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}}

Mathematica图形

样品2

输入:

{{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}}

输出:

{{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}}

Mathematica图形

适用标准代码高尔夫球规则。没有临时几何库。较短的代码胜出。

编辑1

我们在这里寻找算法的答案,而不是像MatLabMathematica这样的凸壳探测器预编程例程

编辑2

回答评论和其他信息:

  1. 您可以假定输入列表中包含适合您的最小点数。但是,您必须确保正确处理对齐的(子)集。
  2. 您可能会在输入列表中找到重复的点
  3. 最大点数应仅受可用内存限制
  4. 关于“浮点数”:您需要能够处理示例中给出的带有十进制坐标的输入列表。您可以通过使用浮点表示来实现


2
我预计MATLAB将赢得这一殊荣。
Paul R

我们可以假设至少有3分吗?我们可以假设这些点是不同的吗?是否需要支持浮点坐标?
彼得·泰勒

@PeterTaylor该示例表明最后一个答案是正确的
John Dvorak

我们可以覆盖输入内容吗?
John Dvorak

一致地处理共线点的问题是存在舍入问题。我们应该允许犯错误。
约翰·德沃夏克

Answers:


2

Ruby,168个字符

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}

该红宝石代码还使用了礼品包装算法。该函数C接受点数组,并将凸包作为数组返回。

例:

>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]]

2

Mathematica 151

仍在进行中

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]]]] &

测试:

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]]

在此处输入图片说明


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];$

如果该功能不需要访问,请删除f=以删除两个以上的字符。

输入/输出是点的单个数组,每个点由x,y属性定义。输入数组将被修改以及返回(如果不需要后者,请删除最后两个字符)。

稍后可能会添加说明。

测试套件(在oldIE中不起作用):

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

建议的测试环境:http : //coffeescript.org/


我尝试了一下,{{1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {1, 3}}然后又返回了,[{"x" : 1, "y" : 1, "r" : 0}, {"x" : 1, "y" : 3, "r" : 0}, "x" : 2, "y" : 2, "r" : 0.78..}]而我认为正确的答案是{{3, 3}, {1, 3}, {1, 1}}
belisarius博士博士2013年

@belisarius问题的点与第一个点共线,有时会产生不正确的船体
约翰·德沃夏克

@belisarius,请将其作为测试用例添加到问题中。
John Dvorak

它现在似乎可以正常工作:)
belisarius博士2013年

1

Python中,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

使用礼品包装算法。结果从最左边的点开始,并逆时针环绕。

示例:h([(1, 1), (2, 2), (3, 3), (1, 3)])返回[(1, 3), (1, 1), (3, 3)]


您不需要a print来获得输出吗?
belisarius博士2013年

我认为“输出”是指功能的输出。您是否希望函数打印结果而不是返回结果?
cardboard_box

我认为要求the output list can be in any reasonable format很明确。您是否认为需要明确说明?
belisarius博士2013年

如果使用浮点,似乎您的输出点并不总是与输入点匹配。例如,h([(0, 1), (0,1), (0.1 , 1)])给我[(0, 1), (0.10000000000000001, 1)]
belisarius博士2013年
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