蛮力法解决凸包问题

首先,什么是凸包? 


假设平面上有p0~p12共13个点,过某些点作一个多边形,使这个多边形能把所有点都“包”起来。当这个多边形是凸多边形的时候,我们就叫它“凸包”。如下图

 

然后,什么是凸包问题? 


我们把这些点放在二维坐标系里面,那么每个点都能用 (x,y) 来表示。 
现给出点的数目13,和各个点的坐标。求构成凸包的点?

 

时间复杂度:O(n³)。 
思路:两点确定一条直线,如果剩余的其它点都在这条直线的同一侧,则这两个点是凸包上的点,否则就不是。 
步骤:

          1.将点集里面的所有点两两配对,组成 n(n-1)/2 条直线。
           2.对于每条直线,再检查剩余的 (n-2) 个点是否在直线的同一侧。
如何判断一个点 p3 是在直线 p1p2 的左边还是右边呢?(坐标:p1(x1,y1),p2(x2,y2),p3(x3,y3))
 

当上式结果为正时,p3在直线 p1p2 的左侧;当结果为负时,p3在直线 p1p2 的右边。

 

C++代码实现


                
凸包问题可以使用蛮力法解决,其基本思想是考虑将所有点都进行组合,找到一个能够包含所有点的凸多边形。 具体步骤如下: 1. 枚举所有点对,找到其中的一条直线分割点集为两个部分,每个部分内部都不包含其他点。 2. 对于两个部分,分别递归地执行第1步,直到只剩下一个点或者没有点。 3. 最后将所有的凸多边形合并成一个凸包。 下面是一个使用蛮力法求解凸包的C语言实现代码示例: ```c #include <stdio.h> struct Point { int x; int y; }; int cross_product(struct Point a, struct Point b, struct Point c) { return (b.x - a.x) * (c.y - a.y) - (b.y - a.y) * (c.x - a.x); } int is_left_turn(struct Point a, struct Point b, struct Point c) { return cross_product(a, b, c) > 0; } int is_right_turn(struct Point a, struct Point b, struct Point c) { return cross_product(a, b, c) < 0; } void find_upper_hull(struct Point *points, int n, struct Point *hull, int *hull_size) { hull[0] = points[0]; hull[1] = points[1]; *hull_size = 2; for (int i = 2; i < n; i++) { while (*hull_size > 1 && is_right_turn(hull[*hull_size - 2], hull[*hull_size - 1], points[i])) { *hull_size -= 1; } hull[*hull_size] = points[i]; *hull_size += 1; } } void find_lower_hull(struct Point *points, int n, struct Point *hull, int *hull_size) { hull[0] = points[n - 1]; hull[1] = points[n - 2]; *hull_size = 2; for (int i = n - 3; i >= 0; i--) { while (*hull_size > 1 && is_right_turn(hull[*hull_size - 2], hull[*hull_size - 1], points[i])) { *hull_size -= 1; } hull[*hull_size] = points[i]; *hull_size += 1; } } void find_convex_hull(struct Point *points, int n, struct Point *hull, int *hull_size) { struct Point upper_hull[n]; struct Point lower_hull[n]; find_upper_hull(points, n, upper_hull, hull_size); find_lower_hull(points, n, lower_hull, hull_size); for (int i = 0; i < *hull_size; i++) { hull[i] = upper_hull[i]; } for (int i = 1; i < *hull_size - 1; i++) { hull[*hull_size + i - 1] = lower_hull[i]; } *hull_size = 2 * (*hull_size - 1); } int main() { struct Point points[] = {{0, 3}, {1, 1}, {2, 2}, {4, 4}, {0, 0}, {1, 2}, {3, 1}, {3, 3}}; int n = sizeof(points) / sizeof(points[0]); struct Point hull[n]; int hull_size; find_convex_hull(points, n, hull, &hull_size); printf("Convex Hull:\n"); for (int i = 0; i < hull_size; i++) { printf("(%d, %d)\n", hull[i].x, hull[i].y); } return 0; } ``` 该代码实现了一个简单的凸包求解算法,可以通过枚举所有点对,找到凸包的上下半部分,然后将它们合并成一个凸包。由于蛮力法时间复杂度为O(n^3),因此对于大规模的数据集,该算法可能不太适合使用。
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