多边形三角剖分的最小值 python

本文介绍了一种算法,用于计算给定点集组成的凸多边形进行三角剖分时的最小得分。该算法通过递归方式,将多边形划分为更小的子多边形来寻找最优解。
v[i][j]
	从顶点i到j组成的凸多边形
	边界
		v[i][i] = 0;
		v[i][i + 1] = 0
		v[i][i + 2] = A[i] * A[i + 1] * A[i + 2]

当多边形是三条边以上时(i + 2 < j)
	v[i, j]可以通过一个三角形(i, j, k)划分为两部分
		凸多边形v[i, k]
		凸多边形v[k, j]
i.e:
	v[i, j] = MIN(v[i][k] + v[k][j] + A[i] * A[k] * A[j]) (i < k < j)



from typing import List
from functools import lru_cache


class Solution:
    def minScoreTriangulation(self, A: List[int]) -> int:
        @lru_cache(None)
        def v(i, j):
        	# recursive end
            if i + 1 == j:
                return 0
                
            res = float('inf')
            # search k that results in minum value
            for k in range(i + 1, j):
                res = min(res, v(i, k) + v(k, j) + A[i] * A[j] * A[k])
            return res

        return v(0, len(A) - 1)


if __name__ == "__main__":
    a = Solution()
    print(a.minScoreTriangulation([35,73,90,27,71,80,21,33,33,13,48,12,68,70,80,36,66,3,70,58]))


<think>好的,我现在需要回答用户关于凸多边形三角剖分算法及实现方法的问题。首先,我需要回忆相关知识,并确保正确性。凸多边形的最优三角剖分通常使用动态规划来解决,这应该没错吧?我记得动态规划在这里的应用是分解子问题,找到最优子结构。 首先,用户提到参考的引用内容,其中引用[1]定义了凸多边形三角剖分和最优剖分,引用[2]提到了动态规划的实现。我需要结合这些信息,整理出算法的步骤和实现方法。 接下来,算法步骤应该包括如何定义子问题,如何计算权值,以及如何构建递推关系。例如,t[i][j]表示从顶点i到j的最优剖分权值之和。那么递推公式应该是t[i][j] = min{t[i][k] + t[k][j] + w(i,k,j)},其中k在i和j之间。这里需要注意的是权函数w的定义,可能需要根据具体问题来确定,比如三角形的周长或面积。 然后,实现部分需要考虑如何用代码表示这个过程。可能需要一个二维数组来存储t[i][j],并按长度递增的顺序填充。初始化部分,当j-i<2时,无法构成三角形,权值为0。其他情况需要遍历中间点k,找到最小值。 用户可能对代码示例感兴趣,所以需要提供一个简单的伪代码或具体语言的实现。比如Python的例子,但要注意引用中的引用[2]提到的是Java代码,不过用户现在可能希望看到Python的示例或者更通用的结构。 另外,要注意权函数的实现,比如如何计算三角形的权值。例如,如果权值是边长之和,那么w(i,k,j)可以是三点构成的三角形的边长之和。或者如果是面积,可能需要向量叉乘计算。 最后,生成相关问题,应该围绕算法的优化、不同权函数的影响、时间复杂度以及应用场景等方面提问。比如如何分析时间复杂度,动态规划的优势,或者与其他剖分方法的比较。 现在需要验证一下这些步骤是否正确。比如动态规划的状态转移方程是否正确。查资料确认,是的,最优三角剖分的动态规划方法确实是这样分解问题的。每个子问题考虑将多边形分解为更小的部分,然后选择最优的分割点k。 在代码实现中,需要注意循环的顺序,通常是按照子问题的长度来处理,即先处理顶点数少的情况,再处理更多的顶点。例如,对于顶点数为n的多边形,循环子问题的长度从2到n-1,或者类似的结构。 可能遇到的疑问是权函数的具体计算方式,用户可能不太清楚如何定义w。所以在回答中需要说明这点,可能举例子,比如权值为边长之和,或者其他的指标。 总结下来,回答的结构应该是先介绍算法思想,然后详细步骤,接着代码实现示例,最后相关问题。确保符合用户给出的格式要求,如数学公式用$...$,独立公式用$$...$$,并且引用标注正确。</think>### 凸多边形最优三角剖分算法及实现 #### 算法思想 凸多边形最优三角剖分采用动态规划方法,通过分解子问题寻找权值和最小的三角形划分方式。定义权函数$w(i,j,k)$为顶点$v_i,v_j,v_k$组成的三角形的权值(如周长或面积),则最优解满足: $$ t[i][j] = \min_{i<k<j} \{ t[i][k] + t[k][j] + w(i,k,j) \} $$ 其中$t[i][j]$表示子多边形$v_i,v_{i+1},...,v_j$的最优剖分权值和[^1]。 #### 实现步骤 1. **初始化**:构建二维数组$t[n][n]$,当$j-i \leq 1$时,$t[i][j]=0$(无法构成三角形) 2. **递推填表**:按子多边形长度$l=2$到$n-1$逐层计算: ```python for l in range(2, n): for i in range(0, n-l): j = i + l t[i][j] = min( t[i][k] + t[k][j] + w(i,k,j) for k in range(i+1, j) ) ``` 3. **回溯路径**:通过记录分割点$k$的索引矩阵重构剖分方案 #### 代码实现(Python示例) ```python def optimal_triangulation(vertices): n = len(vertices) t = [[0]*n for _ in range(n)] s = [[0]*n for _ in range(n)] # 记录分割点 # 定义权函数示例(三角形周长) def w(i,j,k): a = abs(vertices[i] - vertices[j]) b = abs(vertices[j] - vertices[k]) c = abs(vertices[k] - vertices[i]) return a + b + c for l in range(2, n): # 子多边形边数 for i in range(n - l): j = i + l t[i][j] = float('inf') for k in range(i+1, j): cost = t[i][k] + t[k][j] + w(i,k,j) if cost < t[i][j]: t[i][j] = cost s[i][j] = k return t[0][n-1], s ``` #### 算法分析 - **时间复杂度**:$O(n^3)$,三重循环导致立方复杂度 - **空间复杂度**:$O(n^2)$,需要存储二维状态表 - **优化方向**:可通过四边形不等式优化到$O(n^2)$[^2]
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