matlab Douglas-Peucker 道格拉斯-普克算法

道格拉斯-普克算法是一种曲线简化算法,通过选取最大距离点来减少点的数量。该算法在matlab中实现,具有平移和旋转不变性。详细步骤包括连接首末点,计算距离,比较阈值,迭代处理直至满足精度限差。

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c道格拉斯-普克算法 [1]  (Douglas–Peucker algorithm,亦称为拉默-道格拉斯-普克算法、迭代适应点算法、分裂与合并算法)是将曲线近似表示为一系列点,并减少点的数量的一种算法。它的优点是具有平移和旋转不变性,给定曲线与阈值后,抽样结果一定。

算法的基本思路是:对每一条曲线的首末点虚连一条直线,求所有点与直线的距离,并找出最大距离值dmax ,用dmax与限差D相比:若dmax <D,这条曲线上的中间点全部舍去;若dmax ≥D,保留dmax 对应的坐标点,并以该点为界,把曲线分为两部分,对这两部分重复使用该方法。

详细步骤:

 

(1) 在曲线首尾两点间虚连一条直线,求出其余各点到该直线的距离,如右图(1)。

(2)选其最大者与阈值相比较,若大于阈值,则离该直线距离最大的点保留,否则将直线两端点间各点全部舍去,如右图(2),第4点保留。

(3)依据所保留的点,将已知曲线分成两部分处理,重复第1、2步操作,迭代操作,即仍选距离最大者与阈值比较,依次取舍,直到无点可舍去,最后得到满足给定精度限差的曲线点坐标,如图(3)、(4)依次保留第6点、第7点,舍去其他点,即完成线的化简。 

matlab 代码实现: 

function curve = dp(pnts)
%dp点抽稀算法
clc;
close all;
clear all;
 
x =  1:0.01:  2;
num = size(x,2);
 
pnts = 2*sin(8*pi*x) ; % + rand(1,num)*0.8;
pnts = x .* sin(8*pi*x) + rand(1,num)*0.5;
figure; plot( x, pnts,'-.'); title('pnts');
 
head = [x(1), pnts(1)] ;
tail = [x(end), pnts(end)] ;
  
### 关于道格拉斯-普克多边形逼近算法MATLAB中的实现 #### 道格拉斯-普克算法简介 道格拉斯-普克算法是一种用于将曲线近似表示为一系列点并减少这些点数量的方法。此方法旨在通过定义原始曲线和简化曲线之间最大的允许偏差——豪斯多夫距离,来识别能够代表原曲线形状的关键节点[^4]。 #### MATLAB 中的实现方式 虽然MATLAB官方文档并未直接提供名为`douglas_peucker`的功能函数,但是可以利用其强大的矩阵运算能力和图形处理工具箱自行编写实现该算法的脚本。下面是一个简单的例子展示如何使用MATLAB执行道格拉斯-普克算法: ```matlab function [simplifiedCurve, indices] = douglasPeucker(points, epsilon) % DOUGLASPEUCKER Simplifies a curve composed of line segments using the Douglas-Peucker algorithm. % % SIMPLIFIEDCURVE = DOUGLASPEUCKER(POINTS,EPSILON) returns simplified version of POINTS with points further than EPSILON distance from straight lines removed. if nargin < 2 || isempty(epsilon), error('EPSILON must be specified.'); end; if size(points, 2) ~= 2, error('Input should be N-by-2 matrix'); end; indices = simplifyLine(points', eps); % Call helper function to get index list simplifiedCurve = points(indices,:); end function idxList = simplifyLine(xyPoints, tol) dmax = 0; index = []; for i=2:length(xyPoints)-1, dist = perpendicularDistance(xyPoints(i,:), xyPoints([1,end],:)'); if (dist > dmax), index = i; %#ok<STOD> dmax = dist; end; end if (dmax >= tol), subIdxLeft = simplifyLine(xyPoints(1:index,:), tol); subIdxRight = simplifyLine(xyPoints(index:end,:), tol)+index-1; idxList = unique([subIdxLeft(:); subIdxRight(:)]); else idxList = [1 length(xyPoints)]; end end function pDist = perpendicularDistance(point, segment) % Helper method calculates shortest distance between point and infinite line defined by two endpoints in SEGMENT array. v = segment(:,2)' - segment(:,1)'; w = point' - segment(:,1)'; projLenSquared = dot(w,v)/dot(v,v); if projLenSquared < 0 | projLenSquared > 1 pDist = min(sqrt(sum((point'-segment).^2))); else projectionPoint = segment(:,1) + v*projLenSquared; pDist = norm(projectionPoint-point'); end ``` 上述代码实现了基本版的道格拉斯-普克算法,在给定一组二维坐标点及其容差参数的情况下返回经过简化的路径。需要注意的是这里的输入数据应当是以列向量形式存储的一系列[x,y]坐标对,并且需要指定一个合理的阈值作为误差范围。 #### 使用说明 要调用这段程序,只需准备好待压缩的数据集(即一系列连续坐标的集合),并将它们传递给主函数即可获得优化后的结果。例如: ```matlab points = [ 0.0, 0.0 ; 1.0, 0.5 ; 2.0, 1.0 ; 3.0, 1.5 ; 4.0, 2.0 ]; [simplified_curve, kept_indices] = douglasPeucker(points, 0.1); plot(points(:,1), points(:,2)); hold on; scatter(simplified_curve(:,1), simplified_curve(:,2),'r','filled') legend({'Original Curve','Simplified Points'}) title('Demonstration of Douglas-Peucker Algorithm Implementation in MATLAB') xlabel('X Axis'), ylabel('Y Axis') grid minor axis equal tight ``` 以上绘图命令会显示出原始轨迹以及经由道格拉斯-普克算法筛选出来的关键位置标记出来以便对比观察效果。
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