算法合集之《半平面交的新算法及其实用价值》课件.ppt
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- 关 键 词:
- 半平面交的新算法及其实用价值 算法 平面 及其 实用 价值 课件
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1、February 4,2023Zeyuan Zhu1All great ideas are controversial,or have been at one time.伟大的理论都是有争议的,或者至少伟大的理论都是有争议的,或者至少曾经是有争议的。曾经是有争议的。Gilbert Seldes(1893-1970)U.S.theater,film,and radio critic.理论的争议February 4,2023Zeyuan Zhu2A wise man will make more opportunities than he finds.聪明人总是制造更多的机会,而不是聪明人总是制造
2、更多的机会,而不是去等待寻找。去等待寻找。Francis Bacon(1561-1626)English philosopher,statesman,and lawyer.制造机会February 4,2023Zeyuan Zhu3After the leaves have fallen,we return to a plain sense of things.It is as if we had come to an end of the imagination.叶落时分,我们回到一切的本来面目,叶落时分,我们回到一切的本来面目,这样就与创造与幻想的终点不远了。这样就与创造与幻想的终点不远了
3、。Wallace Stevens(1879-1955)U.S.poet忘记过去,揭开本来面目February 4,2023Zeyuan Zhu4Hello,Ladies and Gentlemen.女士们先生们大家好女士们先生们大家好Bonjour,Mesdames et Messieurs.Witajcie,Panie i Panowie.Hallo,Damen und Herren.Buna ziua,Doamenelor si Domnilor.Ciao,signore e signori.Zeyuan Zhu,Grade 12,Nanjing Foreign Language Scho
4、ol,Jiangsu,China.朱泽园朱泽园,高三高三,南京市外国语学校南京市外国语学校,江江苏苏,中国中国February 4,2023Zeyuan Zhu5New algorithm for Half-plane Intersection and its Practical Value Thesis for Chinese Team Selecting Contest 2006 半平面交的新算法及其实用价值半平面交的新算法及其实用价值 中国代表队中国代表队2006年选拔赛论文年选拔赛论文Zeyuan Zhu,Grade 12,Nanjing Foreign Language School
5、,Jiangsu,China.朱泽园朱泽园,高三高三,南京市外国语学校南京市外国语学校,江江苏苏,中国中国February 4,2023Zeyuan Zhu6Project Overview 全文总揽全文总揽Aim:Present a new O(nlogn)algorithm for half-plane intersection(abbr.HPI),which is one of the most heatedly discussed problems in computer science;emphasize its advantages in practical application
6、,and to some extent,reduce the complexity to O(n).However,the new algorithm will be extraordinarily easy to be implemented.主旨主旨:半平面的交是当今学术界热烈讨论的问半平面的交是当今学术界热烈讨论的问题之一,本文将介绍一个全新的题之一,本文将介绍一个全新的O(nlogn)半平半平面交算法,强调它在实际运用中的价值,并且面交算法,强调它在实际运用中的价值,并且在某种程度上将复杂度下降至在某种程度上将复杂度下降至O(n)线性。最重线性。最重要的是,我将介绍的算法非常便于实现要
7、的是,我将介绍的算法非常便于实现.February 4,2023Zeyuan Zhu7Project Overview 全文总揽全文总揽1 introduces what Half-Plane Intersection(HPI)is.什么是半平面交什么是半平面交.2 prepares a convex polygon intersection(CPI).凸多边形交预备知识凸多边形交预备知识.3 briefly discuss a common solution for HPI D&C.简要介绍旧简要介绍旧D&C算法算法.4 my new algorithm S&I emerges detail
8、edly.揭开我的新算法揭开我的新算法S&I神秘面纱神秘面纱.5 conclusion and discussion on further practical use.总结和实际运用总结和实际运用.February 4,2023Zeyuan Zhu81.Statement of the Problem-问题概述问题概述February 4,2023Zeyuan Zhu91.Statement of the Problem A line in plane is usually represented as ax+by=c.Similarly,its inequality form ax+by (
9、)c represents a half-plane(also named h-plane for short)as one side of this line.3x-2y=1x+2y 1众所周知,直线常用众所周知,直线常用ax+by=c表示,表示,类似地半平面以类似地半平面以ax+by ()c为定义。为定义。February 4,2023Zeyuan Zhu101.Statement of the Problem Given n half-planes,aix+biy ci(1 i n),you are to determine the set of all points that sati
10、sfying all the n inequations.给定给定n个形如个形如aix+biy ci的半平面,找的半平面,找到所有满足它们的点所组成的点集到所有满足它们的点所组成的点集February 4,2023Zeyuan Zhu111.Statement of the Problem Feasible region forms a shape of convex hull possibly unbounded.Add four h-planes forming a rectangle,to make the intersection area finite.合并后区域形如凸多边形,可能无
11、界合并后区域形如凸多边形,可能无界此时增加此时增加4个半平面保证面积有限个半平面保证面积有限February 4,2023Zeyuan Zhu121.Statement of the Problem Each h-plane builds up at most one side of the convex polygon.Hence,The convex region will be bounded by at most n edges.每个半平面最多形成相交区域的一条每个半平面最多形成相交区域的一条边,因此相交区域不超过边,因此相交区域不超过n条边。条边。6 h-planespentagon
12、9 h-planespentagonFebruary 4,2023Zeyuan Zhu131.Statement of the Problem Pay attention that intersection sometimes yields a line,a ray,a line-segment,a point or an empty region.注意相交后的区域,有可能是一个直注意相交后的区域,有可能是一个直线、射线、线段或者点,当然也可能线、射线、线段或者点,当然也可能是空集。是空集。linerayline-segmentpointempty setFebruary 4,2023Zeyu
13、an Zhu142.Convex Polygon Intersection CPI凸多边形交预备知识凸多边形交预备知识February 4,2023Zeyuan Zhu152.Convex Polygon IntersectionIntersecting two convex polygons A and B into a single one.We will sketch out an efficient way,named plane sweep method.求两个凸多边求两个凸多边形形A和和B的交的交(一个新凸多(一个新凸多边形)。边形)。我们描绘一个我们描绘一个平面扫描法平面扫描法。
14、Polygon APolygon BFebruary 4,2023Zeyuan Zhu162.Convex Polygon IntersectionMain idea:Regard intersections of edges as cutting points,and break boundaries of A and B,into outer edges and inner edges.Segments of inner edges establish ties to each other,and form a polygon.(in bold)主要思想主要思想:以两凸以两凸边形边的交点为
15、边形边的交点为分界点,将边分分界点,将边分为内、外两种。为内、外两种。内边互相连接,内边互相连接,成为所求多边形成为所求多边形(图中粗线条)(图中粗线条)Polygon APolygon BFebruary 4,2023Zeyuan Zhu172.Convex Polygon IntersectionSuppose there is a vertical sweep line,performing left-to-right sweep.At anytime,there are at most four intersections from sweep line to either given
16、 polygon.假设有一个垂假设有一个垂直的扫描线,直的扫描线,从左向右扫描从左向右扫描任何时刻,扫任何时刻,扫描线和两个多描线和两个多边形最多边形最多4个交个交点点Polygon APolygon BBuAuBlAlSweep lineFebruary 4,2023Zeyuan Zhu182.Convex Polygon Intersectionthe lower one between Au and Bu,and the upper one between Al and Bl,form an interval of the current inner region the red seg
17、ment in bold.Au、Bu中靠下中靠下的,和的,和Al、Bl中靠上的,组中靠上的,组成了当前多边成了当前多边形的内部区域形的内部区域Polygon APolygon BBuAuBlAlSweep lineFebruary 4,2023Zeyuan Zhu192.Convex Polygon IntersectionLet us call the x-coordinates to be swept x-events.Obviously,the sweep line may not go through all the x-event with rational coordinates!
18、我们称被扫描我们称被扫描线扫描到的线扫描到的x坐坐标叫做标叫做x事件。事件。当然,我们不当然,我们不能扫描所有有能扫描所有有理数!理数!BuAuBlAlFebruary 4,2023Zeyuan Zhu202.Convex Polygon IntersectionCall the edges where Au,Al,Bu and Bl are:e1,e2,e3 and e4 respectively.Next x-event should be chosen among four endpoints of e1,e2,e3 and e4,and four potential intersect
19、ions:e1e3,e1e4,e2e3 and e2e4.称称Au,Al,Bu,Bl所在的边叫所在的边叫做做e1,e2,e3,e4下一个下一个x事件将事件将在这四条边的在这四条边的端点,以及两端点,以及两两交点中选出两交点中选出BuAuBlAlO(n)February 4,2023Zeyuan Zhu213.Common solution:Divide-and-Conquer Algorithm D&C通常的分治解法通常的分治解法February 4,2023Zeyuan Zhu223.Divide-and-Conquer Algorithm Divide:Partition the n h-
20、planes into two sets of size n/2.Conquer:Compute feasible region recursively of both two subsets.Combine:Compute intersection of two convex region,by CPI2分分:将将n个半平面分成两个个半平面分成两个n/2的集合的集合.治治:对两子集合递归求解半平面交对两子集合递归求解半平面交.合合:将前一步算出来的两个交将前一步算出来的两个交(凸多边凸多边形形)利用第利用第2章的章的CPI求解求解.February 4,2023Zeyuan Zhu233.D
21、ivide-and-Conquer Algorithm The total time complexity of the solution can be calculated via recursive equation.总时间复杂度可以用递归分析法总时间复杂度可以用递归分析法.2()2()()()(log)nT nTO nT nO nnCPIFebruary 4,2023Zeyuan Zhu244.My New Solution:Sort-and-Incremental Algorithm S&I我自创的排序增量算法我自创的排序增量算法February 4,2023Zeyuan Zhu254
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