POJ1584 A Round Peg in a Ground Hole

本文介绍了一种算法,用于判断给定圆心和半径的圆与由一系列点构成的凸包之间的位置关系。通过叉乘判断凸包形成及圆心位置,计算圆心到凸包各边的距离。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

一.原题链接:

http://poj.org/problem?id=1584

二.题目大意:

抽象出来就是给出一个圆心和半径,再按顺序给出n个点,问:

  • 若给出的n个点不能按顺序连成凸包,输出”HOLE IS ILL-FORMED”
  • 若给出n个点可以连成凸包,并且给出的圆在凸包内,输出”PEG WILL FIT”
  • 若给出n个点可以连成凸包,并且给出的圆不在凸包内,
    输出”PEG WILL NOT FIT”
三.解题思路:

显而易见:
1. 先判断是否可以连成凸包
2. 再判断圆心是否在凸包里面
3. 再算出圆心到多边形各边的距离
1,2,3满足上一步才进行下一步。

首先介绍叉乘性质:
对于共起点有序向量二元组 (a⃗ ,b⃗ ) ,其旋转方向为:使 a⃗  能够旋转一个小于 180 度的角并与 b⃗  重合的方向。若 a⃗ ×b⃗ <0 ,则旋转方向为顺时针, a⃗ ×b⃗ >0 ,为逆时针。

  • 判断n个点是否可以依次连成凸包:
    对于n个点 p1,p2...pn ,依次连接成向量 p1p2,...pn1pn,pnp1 将它们前后做叉乘,如果符号都相同,则这n个点可依次连成凸包。符号都相同说明绕着一个方向旋转,自己想象一下。
  • 判断圆心是否在多边形里面:
    圆心 o 依次连接多边形的点成向量op1op2...opn,将它们前后做叉乘,如果符号都相同,说明圆心在多边形内,有一个为0说明圆心在边上。
  • 判断圆是否在多边形里面:
    由于之前已经确定圆心在多边形里面,于是圆心到线段距离等于圆心到线段所在直线距离,直接求所有的距离中最短的距离与半径对比就可以了。
四.代码:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;


class Main {
    static final int MAX_SIZE = 50;
    static final double INF = 1e40;
    static final double ESP = 1e-4;

    static int vertexNum;
    static double radius;
    static Point circleCenter = new Point();
    static Point[]  polygonPoints;

    static double cross(Vector v1, Vector v2){
        return v1.x*v2.y - v2.x*v1.y;
    }


    static double distToLine(Point p, Line l){
        return Math.abs((l.a*p.x + l.b*p.y + l.c)/
                Math.sqrt(l.a*l.a + l.b*l.b));
    }

    static boolean convexHull(){
        Vector v1 = new Vector(), v2 = new Vector();
        v1.setXY(polygonPoints[0], polygonPoints[1]);
        v2.setXY(polygonPoints[1], polygonPoints[2]);
        boolean positive;
        if(cross(v1, v2) < 0){
            positive = false;
        } else {
            positive = true;
        }

        for(int i = 1; i < vertexNum-2; i++){
            v1.setXY(polygonPoints[i], polygonPoints[i+1]);
            v2.setXY(polygonPoints[i+1], polygonPoints[i+2]);
            double res = cross(v1, v2);
            if(res<0&&positive || res>0&&!positive){
                return false;
            }
        }

        v1.setXY(polygonPoints[vertexNum-2], polygonPoints[vertexNum-1]);
        v2.setXY(polygonPoints[vertexNum-1], polygonPoints[0]);
        double res = cross(v1, v2);
        if(res<0&&positive || res>0&&!positive){
            return false;
        }

        return true;
    }

    static boolean centerInPolygon(){
        Vector v1 = new Vector(), v2 = new Vector();
        v1.setXY(circleCenter, polygonPoints[0]);
        v2.setXY(circleCenter, polygonPoints[1]);

        boolean positive;
        if(cross(v1, v2) < 0){
            positive = false;
        } else {
            positive = true;
        }

        for(int i = 1; i < vertexNum-1; i++){
            v1.setXY(circleCenter, polygonPoints[i]);
            v2.setXY(circleCenter, polygonPoints[i+1]);
            double res = cross(v1, v2);
            if(res<0&&positive || res>0&&!positive ||
                    res == 0 && radius > 0){
                return false;
            }
        }

        return true;
    }

    static double getMinDist(){
        Line line = new Line();
        double[] parameter = new double[3];
        double minDist = INF;
        for(int i = 0; i < vertexNum-1; i++){
            line.setPoint(polygonPoints[i], polygonPoints[i+1]);
            line.getParameter(parameter);
            minDist = Math.min(minDist, distToLine(circleCenter, line));
        }

        return minDist;
    }

    public static void main (String args[]){

        Scanner in = new Scanner(System.in);
        double x, y;

        while(true){
            vertexNum = in.nextInt();
            if(vertexNum < 3){
                break;
            }
            radius = in.nextDouble();
            x = in.nextDouble();
            y = in.nextDouble();
            circleCenter.setXY(x, y);

            polygonPoints = new Point[vertexNum];
            for(int i = 0; i < vertexNum; i++){
                x = in.nextDouble();
                y = in.nextDouble();
                polygonPoints[i] = new Point();
                polygonPoints[i].setXY(x, y);
            }

            if(!convexHull()){
                System.out.println("HOLE IS ILL-FORMED");
            } else if (!centerInPolygon() || radius > getMinDist()){

                System.out.println("PEG WILL NOT FIT");
            } else{
                System.out.println("PEG WILL FIT");
            }
        }
        in.close();
    }
}

class Point{
    public void setXY(double x, double y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public double x, y;
}

class Segment{
    public Point a = new Point();
    public Point b = new Point();
}

class Line{
    public void setPoint(Point b, Point e){
        this.begin = b;
        this.end = e;
    }

    public void getParameter(double[] parameter){
        a = begin.y-end.y;
        b = end.x-begin.x;
        c = begin.x*end.y - end.x*begin.y;
    }

    public double a, b, c;
    public Point begin = new Point();
    public Point end = new Point();
}

class Vector{
    public void setXY(Point begin, Point end) {
        this.x = end.x-begin.x;
        this.y = end.y-begin.y;
    }

    public Vector reVector() {
        Vector v = new Vector();
        v.x = -x;
        v.y = -y;
        return v;
    }
    public double x, y;
}
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