[Leetcode] - Max Points on a Line

本文介绍了一种通过计算斜率和截距确定二维平面上多个点是否共线的方法,并使用HashMap来跟踪每条直线及其上的点数量,最终找出共线点的最大数目。

Given n points on a 2D plane, find the maximum number of points that lie on the same straight line.

这道题第一次见到是在Cracking上面。第一次做的时候感觉自己的想法好复杂啊,然后看答案之后才豁然开朗。哎,还是菜。大概的思路是这样的。对于一条直线而言,在解析几何中有若干种表示方法,我记得中学学过3,4种吧。具体到这道题而言,斜截式无疑是最方便也最合适的表示方法了。也就是说,对于一条直线,用公式y=kx+b将其表示出来。那么,如果两条直线重合的话,它们的斜率k和截距b必须相等才行。给定两点,可以通过简单的数学推导求出它们所在直线的斜率和截距。沿着这个思路想下去,我们还需要一个HashMap用来存储已经遇到过的直线和其经过的点的个数。在我的程序里面,是这样定义的,HashMap<Line, ArrayList<Point>>。也就是说,每次根据两个点,计算得到一条直线,然后看其是否在HashMap之中,然后把原先没有的点补充到key里面,最后再用一个变量max来记录最大的点数,每次点有更新的时候,都看看是否需要更新max。这样做的时间复杂度是O(n2)。应该还会有更好的方法,等想出来或者查到了再更新吧。

还有三个问题值得注意。首先,因为斜率和截距是double类型的变量,所以在比较的时候,必须设定一个epsilon,如果两条直线的斜率和截距的差值均小于epsilon的话,它们才算重合。这是因为浮点数无法精确处理的原因。其次,如果直线垂直于X轴,那么其斜率将是无穷大。为了处理这种情况,我们可以在Line这个类中增加一个boolean属性,这个属性用于表示该直线是否垂直于X轴,然后在比较的时候稍加注意这个edge case便好。最后,必须要注意,为了使得HashMap正常工作,在Line这个类中,我们必须要重写equals和hashcode这两个方法。记住,这两个方法必须同时重写才行。简单的理解,hashcode用于从一个array中找到一个key对应的value应该被存放的位置。但是为了解决冲突的问题,array存的是链表而不是value,所以,可能还要继续按照链表往下找。所以说,equals的两个object必然有相同的hashcode,但是hashcode相同的两个object并不一定会是equals的关系。把javadoc里面关于Object类的hashcode和equals方法的描述贴到下面,以后忘了就看看。


代码如下:

/**
 * Definition for a point.
 * class Point {
 *     int x;
 *     int y;
 *     Point() { x = 0; y = 0; }
 *     Point(int a, int b) { x = a; y = b; }
 * }
 */
public class Solution {
    public int maxPoints(Point[] points) {
        if(points==null || points.length==0) return 0;
        if(points.length==1) return 1;
        
        HashMap<Line, ArrayList<Point>> map = new HashMap<Line, ArrayList<Point>>();
        int max = 0;
        for(int i=0; i<points.length; i++) {
            for(int j=i+1; j<points.length; j++) {
                Line line = new Line(points[i], points[j]);
                if(!map.containsKey(line)) {
                    map.put(line, new ArrayList<Point>());
                }
                if(!map.get(line).contains(points[i])) map.get(line).add(points[i]);
                if(!map.get(line).contains(points[j])) map.get(line).add(points[j]);
                if(map.get(line).size()>max) max=map.get(line).size();
            }
        }
        return max;
    }
}

class Line {
    public double slope;
    public double intersect;
    private static double epsilon = 0.0001;
    private boolean vertical = false;
    
    public Line(Point a, Point b) {
        if(Math.abs(a.x-b.x) < epsilon) {   // vertical line
            vertical = true;
            intersect = a.x;
        }
        else {  // non-vertical line
            slope = ((double)(a.y-b.y))/(a.x-b.x);
            intersect = ((double)(a.x*b.y-a.y*b.x))/(a.x-b.x);
        }
    }
    
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        Line l = (Line) o;
        if(isEqual(slope, l.slope) && isEqual(intersect, l.intersect) && vertical==l.vertical) {
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        int sl = (int)(slope * 1000);
        int in = (int)(intersect * 1000);
        return sl | in;
    }
    
    public boolean isEqual(double a, double b) {
        return (Math.abs(a-b) < epsilon);
    }
}


public int hashCode()
Returns a hash code value for the object. This method is supported for the benefit of hash tables such as those provided by  HashMap.

The general contract of hashCode is:

  • Whenever it is invoked on the same object more than once during an execution of a Java application, the hashCode method must consistently return the same integer, provided no information used in equals comparisons on the object is modified. This integer need not remain consistent from one execution of an application to another execution of the same application.
  • If two objects are equal according to the equals(Object) method, then calling the hashCode method on each of the two objects must produce the same integer result.
  • It is not required that if two objects are unequal according to the equals(java.lang.Object) method, then calling the hashCode method on each of the two objects must produce distinct integer results. However, the programmer should be aware that producing distinct integer results for unequal objects may improve the performance of hash tables.

As much as is reasonably practical, the hashCode method defined by class Object does return distinct integers for distinct objects. (This is typically implemented by converting the internal address of the object into an integer, but this implementation technique is not required by the JavaTM programming language.)


public boolean equals(Object obj)
Indicates whether some other object is "equal to" this one.

The equals method implements an equivalence relation on non-null object references:

  • It is reflexive: for any non-null reference value xx.equals(x) should return true.
  • It is symmetric: for any non-null reference values x and yx.equals(y) should return true if and only if y.equals(x) returns true.
  • It is transitive: for any non-null reference values xy, and z, if x.equals(y) returns true and y.equals(z) returns true, then x.equals(z) should return true.
  • It is consistent: for any non-null reference values x and y, multiple invocations of x.equals(y) consistently return true or consistently return false, provided no information used in equals comparisons on the objects is modified.
  • For any non-null reference value xx.equals(null) should return false.

The equals method for class Object implements the most discriminating possible equivalence relation on objects; that is, for any non-null reference values x and y, this method returns true if and only if x and y refer to the same object (x == y has the value true).

Note that it is generally necessary to override the hashCode method whenever this method is overridden, so as to maintain the general contract for the hashCode method, which states that equal objects must have equal hash codes.


内容概要:本文设计了一种基于PLC的全自动洗衣机控制系统内容概要:本文设计了一种,采用三菱FX基于PLC的全自动洗衣机控制系统,采用3U-32MT型PLC作为三菱FX3U核心控制器,替代传统继-32MT电器控制方式,提升了型PLC作为系统的稳定性与自动化核心控制器,替代水平。系统具备传统继电器控制方式高/低水,实现洗衣机工作位选择、柔和过程的自动化控制/标准洗衣模式切换。系统具备高、暂停加衣、低水位选择、手动脱水及和柔和、标准两种蜂鸣提示等功能洗衣模式,支持,通过GX Works2软件编写梯形图程序,实现进洗衣过程中暂停添加水、洗涤、排水衣物,并增加了手动脱水功能和、脱水等工序蜂鸣器提示的自动循环控制功能,提升了使用的,并引入MCGS组便捷性与灵活性态软件实现人机交互界面监控。控制系统通过GX。硬件设计包括 Works2软件进行主电路、PLC接梯形图编程线与关键元,完成了启动、进水器件选型,软件、正反转洗涤部分完成I/O分配、排水、脱、逻辑流程规划水等工序的逻辑及各功能模块梯设计,并实现了大形图编程。循环与小循环的嵌; 适合人群:自动化套控制流程。此外、电气工程及相关,还利用MCGS组态软件构建专业本科学生,具备PL了人机交互C基础知识和梯界面,实现对洗衣机形图编程能力的运行状态的监控与操作。整体设计涵盖了初级工程技术人员。硬件选型、; 使用场景及目标:I/O分配、电路接线、程序逻辑设计及组①掌握PLC在态监控等多个方面家电自动化控制中的应用方法;②学习,体现了PLC在工业自动化控制中的高效全自动洗衣机控制系统的性与可靠性。;软硬件设计流程 适合人群:电气;③实践工程、自动化及相关MCGS组态软件与PLC的专业的本科生、初级通信与联调工程技术人员以及从事;④完成PLC控制系统开发毕业设计或工业的学习者;具备控制类项目开发参考一定PLC基础知识。; 阅读和梯形图建议:建议结合三菱编程能力的人员GX Works2仿真更为适宜。; 使用场景及目标:①应用于环境与MCGS组态平台进行程序高校毕业设计或调试与运行验证课程项目,帮助学生掌握PLC控制系统的设计,重点关注I/O分配逻辑、梯形图与实现方法;②为工业自动化领域互锁机制及循环控制结构的设计中类似家电控制系统的开发提供参考方案;③思路,深入理解PL通过实际案例理解C在实际工程项目PLC在电机中的应用全过程。控制、时间循环、互锁保护、手动干预等方面的应用逻辑。; 阅读建议:建议结合三菱GX Works2编程软件和MCGS组态软件同步实践,重点理解梯形图程序中各环节的时序逻辑与互锁机制,关注I/O分配与硬件接线的对应关系,并尝试在仿真环境中调试程序以加深对全自动洗衣机控制流程的理解。
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