UVa 10002 Center of Masses (凸包重心)

http://uva.onlinejudge.org/index.php?option=onlinejudge&page=show_problem&problem=943


重心=(多边形三角剖分的各个三角形的重心*各个三角形的有向面积/多边形面积)/3


完整代码:

/*0.095s*/

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int mx = 105;
const double eps = 1e-8;

struct P
{
	double x, y;
	P(double x = 0, double y = 0): x(x), y(y) {}
	void read()
	{
		scanf("%lf%lf", &x, &y);
	}
	bool operator < (const P& p) const ///加cosnt以便sort调用,其他函数不加const对速度没有影响
	{
		return x < p.x || x == p.x && y < p.y;
	}
	P operator + (P p)
	{
		return P(x + p.x, y + p.y);
	}
	P operator - (P p)
	{
		return P(x - p.x, y - p.y);
	}
	P operator * (double d)
	{
		return P(x * d, y * d);
	}
	P operator / (double d)
	{
		return P(x / d, y / d);
	}
	double dot(P p)
	{
		return x * p.x + y * p.y;
	}
	double det(P p)
	{
		return x * p.y - y * p.x;
	}
} a[mx], ans[mx];

int n, len;

///求凸包
void convex_hull()
{
	sort(a, a + n);
	len = 0;
	int i;
	for (i = 0; i < n; ++i)
	{
		while (len >= 2 && (ans[len - 1] - ans[len - 2]).det(a[i] - ans[len - 1]) < eps)
			--len;
		ans[len++] = a[i];
	}
	int tmp = len;
	for (i = n - 2; i >= 0; --i)
	{
		while (len > tmp && (ans[len - 1] - ans[len - 2]).det(a[i] - ans[len - 1]) < eps)
			--len;
		ans[len++] = a[i];
	}
	--len;
}

double area()
{
	double sum = 0.0;
	ans[n] = ans[0];
	for (int i = 0; i < len; ++i)
		sum += ans[i].det(ans[i + 1]);
	return sum / 2.0;
}

P masscenter()
{
	P res = P(0, 0);
	double s = area();
	if (s < eps) return res;
	ans[n] = ans[0];
	for (int i = 0; i < len; ++i)
		res = res + (ans[i] + ans[i + 1]) * (ans[i].det(ans[i + 1]));
	return res / s / 6.0; ///((res/2)/s)/3
}

int main()
{
	int i;
	P res;
	while (scanf("%d", &n), n >= 3)
	{
		for (i = 0; i < n; ++i) a[i].read();
		convex_hull();
		res = masscenter();
		printf("%.3f %.3f\n", res.x, res.y);
	}
	return 0;
}

要计算组合物体的重心位置,可以利用质量分布和几何中心的概念。以下是关于组合物体重心公式及其推导过程的具体说明: --- ### 组合物体重心公式的定义 对于一个由多个子物体组成的系统,其整体重心的位置可以通过加权平均的方式确定。假设整个系统由 \( n \) 个子物体组成,第 \( i \) 个子物体的质量为 \( m_i \),其坐标为 \( (x_i, y_i, z_i) \),则系统的重心坐标 \( (X_c, Y_c, Z_c) \) 可以表示为: $$ X_c = \frac{\sum_{i=1}^n m_i x_i}{\sum_{i=1}^n m_i}, \quad Y_c = \frac{\sum_{i=1}^n m_i y_i}{\sum_{i=1}^n m_i}, \quad Z_c = \frac{\sum_{i=1}^n m_i z_i}{\sum_{i=1}^n m_i} $$ 其中: - 分母代表总质量 \( M = \sum_{i=1}^n m_i \) - 分子是对各子物体质量和坐标的乘积求和。 --- ### 推导过程 #### 基本原理 重心是一个点,在这个点上,整个物体的质量可以被认为集中于此。根据力矩平衡条件,当物体处于静止状态时,重力作用线应通过支点而不产生旋转效应。 #### 单质点情况 单个质点的重心显然就是它自身的空间位置。若只有一个质点,则重心直接为其自身坐标。 #### 多质点情况 考虑两个质点的情况,设它们的质量分别为 \( m_1 \) 和 \( m_2 \),坐标分别为 \( (x_1, y_1, z_1) \) 和 \( (x_2, y_2, z_2) \)。此时,重心坐标可通过如下公式得出: $$ X_c = \frac{m_1 x_1 + m_2 x_2}{m_1 + m_2}, \quad Y_c = \frac{m_1 y_1 + m_2 y_2}{m_1 + m_2}, \quad Z_c = \frac{m_1 z_1 + m_2 z_2}{m_1 + m_2} $$ 推广至任意数量的质点即可得到前述一般形式。 #### 对连续体的应用 如果研究对象不是离散的质点而是连续分布的质量(例如固体块),可以用积分代替求和运算。设密度函数为 \( \rho(x,y,z) \),体积元为 \( dV \),则重心坐标变为: $$ X_c = \frac{\int_V x \cdot \rho(x,y,z)dV}{\int_V \rho(x,y,z)dV}, \quad Y_c = \frac{\int_V y \cdot \rho(x,y,z)dV}{\int_V \rho(x,y,z)dV}, \quad Z_c = \frac{\int_V z \cdot \rho(x,y,z)dV}{\int_V \rho(x,y,z)dV} $$ 这里分子是质量相对于某一轴的矩,而分母则是总体积内的总质量。 --- ### 实际应用中的简化技巧 在实际工程问题中,通常会遇到规则形状的组件构成复杂结构的情形。这时可以直接查表获取常见简单形体(如立方体、球体等)的重心位置,并结合上述公式进行叠加处理。 --- ### 示例代码实现 下面给出一段 Python 代码用于演示如何计算若干离散质点体系的重心。 ```python def calculate_center_of_mass(masses, coordinates): total_mass = sum(masses) center_x = sum([mass * coord[0] for mass, coord in zip(masses, coordinates)]) / total_mass center_y = sum([mass * coord[1] for mass, coord in zip(masses, coordinates)]) / total_mass center_z = sum([mass * coord[2] for mass, coord in zip(masses, coordinates)]) / total_mass return center_x, center_y, center_z # Example usage: masses = [1, 2, 3] coordinates = [(0, 0, 0), (1, 0, 0), (0, 1, 0)] center = calculate_center_of_mass(masses, coordinates) print(f"Center of Mass: {center}") ``` ---
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