二維平面最短距離(分治)

2021-09-24 18:36:27 字數 2590 閱讀 6675

題目描述

有一天,小明得到了二維平面上的若干個點,他現在想知道這些點中距離最近的兩個點之間的距離是多少?

輸入

第一行輸入乙個整數t,共有t組測試資料(t<=30)。

每組輸入資料第一行輸入乙個n,表示有n個點。第二行有n*2的數字,相鄰兩個數代表乙個點的x,y座標。

1輸出輸出有t行,每行包括乙個整數,代表所有距離的最小值(因為小明不在意小數,所以結果向下取整)。

樣例輸入 copy22

0 0 1 1

20 0 100000000 100000000

樣例輸出 copy

1141421356

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

const

double inf =

1e20

;const

int n =

100005

;struct point

point[n]

;int n;

int tmpt[n]

;

bool cmpxy

(const point& a,

const point& b)

bool cmpy

(const

int& a,

const

int& b)

double

min(

double a,

double b)

double

dis(

int i,

int j)

double

closest_pair

(int left,

int right)

sort

(tmpt,tmpt+k,cmpy)

;//線性掃瞄

for(i =

0; i < k; i++)}

return d;

}int

main()

return0;

}

解析:用分治的方法解決。

演算法:0:把所有的點按照橫座標排序

1:用一條豎直的線l將所有的點分成兩等份

2:遞迴算出左半部分的最近兩點距離d1,右半部分的最近兩點距離d2,取d=min(d1,d2)

3:算出「乙個在左半部分,另乙個在右半部分」這樣的點對的最短距離d3。

4:結果=min(d1,d2,d3)

關鍵就是這第3步。貌似這需要n^2的時間,把左邊每個點和右邊每個點都對比一下。其實不然。秘密就在這裡。 首先,兩邊的點,與分割線l的距離超過d的,都可以扔掉了。 其次,即使兩個點p1,p2(不妨令p1在左邊,p2在右邊)與分割線l的距離(水平距離)都小於d,如果它們的縱座標之差大於d,也沒戲。 就是這兩點使得搜尋範圍大大減小: 對於左半部分的,與l的距離在d之內的,每個p1來說:右半部分內,符合以上兩個條件的點p2最多只有6個! 原因就是: d是兩個半平面各自內,任意兩點的最小距離,因此在同乙個半平面內,任何兩點距離都不可能超過d。 我們又要求p1和p2的水平距離不能超過d,垂直距離也不能超過d,在這個d2d的小方塊內,最多只能放下6個距離不小於d的點。 因此,第3步總的比較距離的次數不超過n6。

第3步的具體做法是:

3.1 刪除所有到l的距離大於d的點。 o(n)

3.2 把右半平面的點按照縱座標y排序。 o(nlogn)

3.3 對於左半平面內的每個點p1,找出右半平面內縱座標與p1的縱座標的差在d以內的點p2,計算距離取最小值,算出d3。 o(n*6) = o(n) 因為3.2的排序需要o(nlogn), 所以整個演算法的複雜度就是o(n((logn)^2))。

改進: 我們對3.2這個排序的o(nlogn)不太滿意。 既然整個演算法是遞迴的,我們可以利用第2步的子遞迴中已經排好序的序列,在第3.2部歸併這兩個子列,這樣3.2的複雜度變成了o(n)。 這樣,整個演算法就是o(nlogn)的。

在二維平面上的n個點中,如何快速的找出最近的一對點,就是最近點對問題。

一種簡單的想法是暴力列舉每兩個點,記錄最小距離,顯然,時間複雜度為o(n^2)。

在這裡介紹一種時間複雜度為o(nlognlogn)的演算法。其實,這裡用到了分治的思想。將所給平面上n個點的集合s分成兩個子集s1和s2,每個子集中約有n/2個點。然後在每個子集中遞迴地求最接近的點對。在這裡,乙個關鍵的問題是如何實現分治法中的合併步驟,即由s1和s2的最接近點對,如何求得原集合s中的最接近點對。如果這兩個點分別在s1和s2中,問題就變得複雜了。

為了使問題變得簡單,首先考慮一維的情形。此時,s中的n個點退化為x軸上的n個實數x1,x2,...,xn。最接近點對即為這n個實數中相差最小的兩個實數。顯然可以先將點排好序,然後線性掃瞄就可以了。但我們為了便於推廣到二維的情形,嘗試用分治法解決這個問題。

假設我們用m點將s分為s1和s2兩個集合,這樣一來,對於所有的p(s1中的點)和q(s2中的點),有p參考鏈結1

參考鏈結2

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