LeetCode:812. 最大三角形面积

本文介绍了一种使用暴力破解法求解由多个点构成的平面中最大三角形面积的方法。通过计算任意三个点构成的三角形面积,并对比找出最大值。涉及向量运算和三角函数应用。
本题目采用暴力破解法既可以得到AC解法,这里关键的问题是如何通过三个顶点的坐标求解出这三个顶点所构成的三角形的面积。

当三个点A、B、C的坐bai标分别为A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3、y3)时,三角形面积为
S=(x1y2-x1y3+x2y3-x2y1+x3y1-x2y2)。
解:
       设三个点A、B、C的坐标分别为       A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3、y3)。
       那么A、B、C三点可围成一个三角形。AC与AB边的夹角为∠A。
       那么向量AB=(x2-x1,y2-y1)、向量AC=(x3-x1,y3-y1)。
       令向量AB=a,向量AC=b,
       则根据向量运算法则可得,
       |a·b|=|a|·|b|·|cosA|,
       那么cosA=|a·b|/(|a|·|b|),则       sinA=√((|a|·|b|)2-(|a·b|)2)/(|a|·|b|)。
       那么三角形的面积S=|a|·|b|·sinA=√((|a|·|b|)2-(|a·b|)2)
       又a·b=(x2-x1)(x3-x1)+(y2-y1)(y3-y1),
       那么可得三角形的面积S=(x1y2-x1y3+x2y3-x2y1+x3y1-x2y2)。

class Solution {
public:
    double largestTriangleArea(vector<vector<int>>& points) {
        //暴力求解
        double maxn=0;
        for(int i=0;i<points.size();i++)
        {
            for(int j=i+1;j<points.size();j++)
            {
                for(int k=j+1;k<points.size();k++)
                {
                    //找到三个不同的顶点之后计算这三个顶点所构成的面积
                    maxn=maxn>area(points[i],points[j],points[k])?maxn:area(points[i],points[j],points[k]);
                }
            }
        }
        return maxn;
    }

    double area(const vector<int>& p1, const vector<int>& p2, const vector<int>& p3) {
        int dx1 = p2[0] - p1[0];
        int dx2 = p3[0] - p1[0];
        int dy1 = p2[1] - p1[1];
        int dy2 = p3[1] - p1[1];
        return abs(dx1 * dy2 - dx2 * dy1) / 2.0;
    }
};
<think>首先,问题是找出由点列表组成的最大三角形面积。点以二维平面的形式给出,我需要实现一个函数 `largestTriangleArea`,它接受一个二维数组的指针、点的大小和列大小。列大小可能总是2,因为每个点有x和y坐标。 关键是要计算所有可能的三点组合,并计算每个组合的三角形面积,然后返回最大值。面积计算公式是使用坐标几何的公式。 三角形面积公式:给定三个点A(x1,y1), B(x2,y2), C(x3,y3),面积可以用以下公式计算: (1/2) * | (x1(y2 - y3) + x2(y3 - y1) + x3(y1 - y2)) | 或者等效地,绝对值的一半行列式: area = 0.5 * | (x1(y2 - y3) + x2(y3 - y1) + x3(y1 - y2)) | 在代码中,我需要处理浮点数,因为面积可能不是整数。 约束:点数量在3到50之间,所以最大点数是50。选择三点组合的数量是C(50,3) = 50*49*48 / (3*2*1) = 19600,这在计算上是可行的,因为19600个组合对于现代计算机来说很小。 所以,方法可以是: 1. 迭代所有可能的三点组合。 2. 对于每个组合,使用公式计算面积。 3. 跟踪最大面积。 4. 返回最大面积。 在函数中,输入是: - `int** points`:这是一个指向整数数组的指针,我认为每个内部数组有两个元素,x和y。 - `int pointsSize`:点的数量。 - `int* pointsColSize`:可能是指向列大小的指针,但由于每个点有两个坐标,pointsColSize[0] 应该是2,或者类似的结构。在C中,它可能被传递来指示内部数组的大小。但在问题中,它总该是2,所以我可以假设每个点有两个整数。 在函数签名中,它是 `double largestTriangleArea(int** points, int pointsSize, int* pointsColSize)` 在注释中,它说 "pointsColSize" 是一个指针,但可能 pointsColSize[i] 对于每个点给出列的大小,但由于所有点都有相同的大小,pointsColSize 可能指向一个值或类似的东西。在上下文中,对于点数组,pointsColSize 可能是一个数组,其中 pointsColSize[i] 是第 i 个点的列数,但既然所有点都是二维的,pointsColSize 可能指向一个值,或者 pointsColSize[0] 是列的大小。 为了安全起见,我应该使用 pointsColSize 来获取列的大小。但既然它总是2,我可以硬编码它。 在提示中,它说 "pointsColSize" 可能用于数组中的每一行,但在C中,当传递 int** 时,points[i] 是一个整数数组,pointsColSize 可能是一个整数数组,其中 pointsColSize[i] 是 points[i] 的长度,或类似的东西。 在LeetCode风格中,对于二维数组,pointsColSize 通常是一个指向第一个元素大小的指针,或者是一个数组。 但为简化,既然所有点有两个坐标,我可以假设每个 points[i] 有两个元素。 例如,points[0][0] 是第一个点的 x,points[0][1] 是 y,等等。 所以,在代码中,我会这样做。 现在,实现: 我需要三个嵌套循环来遍历所有组合。 外部循环:i 从 0 到 pointsSize-3 中间循环:j 从 i+1 到 pointsSize-2 内部循环:k 从 j+1 到 pointsSize-1 然后对于每个 (i,j,k),获取点 i, j, k。 设 x1 = points[i][0], y1 = points[i][1] x2 = points[j][0], y2 = points[j][1] x3 = points[k][0], y3 = points[k][1] 然后计算面积: area = 0.5 * abs( (x1*(y2 - y3) + x2*(y3 - y1) + x3*(y1 - y2)) ) 在 C 中,abs 是用于整数的,所以对于浮点数,使用 fabs。 由于面积是双精度,我需要使用 double。 所以,计算表达式:double expr = (double)(x1*(y2 - y3) + x2*(y3 - y1) + x3*(y1 - y2)); 然后 area = 0.5 * fabs(expr); 然后与最大值比较。 初始化 double maxArea = 0.0; 在计算所有组合后返回 maxArea。 但等一下,如果点共线,面积为零,但由于我们取最大值,且最大面积至少为零,但题目中可能有非零面积,所以应该没问题。 在示例中,输出是 2.0 和 0.5,所以是 double 类型。 在函数签名中,返回类型是 double。 现在,关于错误:公式是正确的吗? 让我用例子验证。 示例 2:点 [[1,0],[0,0],[0,1]] 所以 A(1,0), B(0,0), C(0,1) 面积应为底乘高除以 2,底为 1,高为 1,面积应为 0.5。 公式:x1=1,y1=0;x2=0,y2=0;x3=0,y3=1 表达式:x1*(y2-y3) = 1*(0-1) = 1*(-1) = -1 x2*(y3-y1) = 0*(1-0) = 0*1 = 0 x3*(y1-y2) = 0*(0-0) = 0*0 = 0?等等,y1-y2 = 0-0=0,所以 0*0=0 总和:-1 + 0 + 0 = -1 绝对值 1,乘以 0.5 = 0.5,正确。 另一个例子,示例 1:点 [[0,0],[0,1],[1,0],[0,2],[2,0]],最大面积应为 2.0,由点 (0,0)、(0,2)、(2,0) 组成?等等,题目中说红色的三角形,可能是 (0,0)、(0,2)、(2,0),但 (0,0)、(0,2)、(2,0):底为 2,高为 2,面积为 (1/2)*2*2=2,没错。 公式:x1=0,y1=0;x2=0,y2=2;x3=2,y3=0 表达式:x1*(y2-y3) = 0*(2-0) = 0*2=0 x2*(y3-y1) = 0*(0-0) = 0*0=0?等等,y3-y1=0-0=0,所以 0*0=0 x3*(y1-y2) = 2*(0-2) = 2*(-2) = -4 总和:0 + 0 + (-4) = -4 绝对值 4,乘以 0.5 = 2.0,正确。 所以公式是有效的。 现在,在代码中,我需要包含 math.h 来使用 fabs。 但在函数框架中,它可能没有包含,不过既然是由用户实现,我可以假设包含必要的头文件,或者为安全起见,在代码中提及。 在响应中,我只需要提供函数体,而不是完整的程序。 所以,在函数内部: 我需要遍历所有组合。 在 C 中,循环应该是: for (int i = 0; i < pointsSize; i++) { for (int j = i+1; j < pointsSize; j++) { ​ for (int k = j+1; k < pointsSize; k++) { ​ // 获取点 ​ int x1 = points[i][0], y1 = points[i][1]; ​ int x2 = points[j][0], y2 = points[j][1]; ​ int x3 = points[k][0], y3 = points[k][1]; ​ // 计算面积 ​ double area = 0.5 * fabs((double)(x1*(y2 - y3) + x2*(y3 - y1) + x3*(y1 - y2))); ​ // 与最大值比较 ​ if (area > maxArea) { ​ maxArea = area; ​ } ​ } } } 在面积计算中,表达式是整数,但为了精度,需要转换为 double,或者使用 double 来避免溢出。 坐标范围在 -50 到 50 之间,所以最大 |值|:例如,在表达式中,每个项最多为 |50*100| = 5000?y2-y3 最多为 100(50 - (-50)=100),x 最多为 50,所以 |x1*(y2-y3)| <= 50 * 100 = 5000,类似地,其他项也一样,所以总和最多为 15000,在 int 范围内,但为了安全,在计算表达式时使用 double。 在公式中:x1*(y2-y3) + x2*(y3-y1) + x3*(y1-y2) 由于坐标是整数,但面积是 double,所以把整个表达式转换为 double。 在代码中:double expr = (double)(x1 * (y2 - y3) + x2 * (y3 - y1) + x3 * (y1 - y2)); 然后 area = 0.5 * fabs(expr); 但 fabs 用于 double,所以可以。 在 C 中,fabs 来自 math.h。 在函数中,我应该包含 math.h,但既然框架没有,可能已经包含,或者我需要添加。 但在代码中,我可以写。 现在,在函数开始时,初始化 maxArea = 0.0。 如果没有点,但 pointsSize >= 3,所以没问题。 返回 maxArea。 但等等,如果所有点共线,最大面积为 0,但 pointsSize >= 3,且点各不相同,但可能共线,所以返回 0.0 是可以接受的。 在示例中,有正数的面积。 所以,代码应该是这样。 现在,关于 pointsColSize:在函数中,它没有被使用,但签名中有它。既然每个点都有两个坐标,我可以忽略它,或者使用它来获取列数。 为了正确,我应该使用 pointsColSize。 在LeetCode风格中,pointsColSize 可能是一个数组,其中 pointsColSize[i] 是第 i 行的列数,但所有行的列数都相同,所以 pointsColSize[0] 应该是 2。 但为了安全,在循环中,我可以假设 points[i] 有 pointsColSize[i] 个元素,但由于所有列数都是 2,pointsColSize[i] 可能为 2。 在函数中,pointsColSize 是一个指针,所以 *pointsColSize 可能给出列的大小,或者 pointsColSize 指向一个整数,表示所有行的列数。 在签名中:int* pointsColSize,它可能是一个指向整数的指针,该整数表示列的大小,或者是一个数组。 但在这类问题的上下文中,通常是 pointsColSize 是一个指针,而 *pointsColSize 是所有行的列数,因为所有行都有相同的大小。 例如,在LeetCode中,对于二维数组,pointsColSize 通常是一个指向整数的指针,该整数表示列的大小。 让我确认一下。 在注释中写着“int* pointsColSize”,这可能是一个指向单个整数的指针,表示所有点的列数。 因为所有点都有两个坐标,所以 *pointsColSize 应该是 2。 在代码中,我可以访问 *pointsColSize 来获取列的大小。 但在循环中,当访问 points[i][0] 等时,我假设有两个元素。 为了正确,我应该检查列的大小,但既然题目说每个点都有两个坐标,所以可以忽略它。 在代码中,我不会使用 pointsColSize 来访问坐标,因为对于每个 i,points[i] 是一个有两个整数的数组。 所以,在函数中,我不会直接使用 pointsColSize。 我将实现这个函数。 此外,在嵌套循环中,时间复杂度是 O(n^3),但 n=50,C(50,3)=19600,这很小。 现在,编写代码。 另外,在响应中,我需要用中文输出代码,但代码本身是C语言,所以是英文,但问题是用中文写的,不过代码是代码。 在回答中,我应该提供函数实现。 之后,根据规则,我必须在最后提出3-5个相关问题。 首先,完成代码部分。 所以,函数: </think>以下是针对问题的C语言实现。该函数遍历所有可能的三点组合,并使用三角形面积公式计算每个组合的面积,然后返回最大面积面积公式为: `面积 = 0.5 * |x1(y2 - y3) + x2(y3 - y1) + x3(y1 - y2)|`,其中 `(x1, y1)`, `(x2, y2)`, `(x3, y3)` 是三个点的坐标。 由于点坐标范围为 `-50` 到 `50`,计算过程中整数不会溢出,但需使用 `fabs` 处理绝对值并转换为 `double` 类型以确保精度。 ```c #include <math.h> // 用于 fabs 函数 double largestTriangleArea(int** points, int pointsSize, int* pointsColSize) { double maxArea = 0.0; // 初始化最大面积为0 for (int i = 0; i < pointsSize; i++) { for (int j = i + 1; j < pointsSize; j++) { for (int k = j + 1; k < pointsSize; k++) { // 获取三个点的坐标 int x1 = points[i][0], y1 = points[i][1]; int x2 = points[j][0], y2 = points[j][1]; int x3 = points[k][0], y3 = points[k][1]; // 计算三角形面积 double area = 0.5 * fabs((double)(x1 * (y2 - y3) + x2 * (y3 - y1) + x3 * (y1 - y2))); // 更新最大面积 if (area > maxArea) { maxArea = area; } } } } return maxArea; } ```
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