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用分治法解决最近点对问题:python实现

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    [LV.10]以坛为家III

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    发表于 2021-4-27 11:07:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

      最近点对问题:给定平面上n个点,找其中的一对点,使得在n个点的所有点对中,该点对的距离最小。需要说明的是理论上最近点对并不止一对,但是无论是寻找全部还是仅寻找其中之一,其原理没有区别,仅需略作改造即可。本文提供的算法仅寻找其中一对。

      解决最近点对问题最简单的方法就是穷举法,这样时间复杂度是平方级,可以说是最坏的策略。如果使用分治法,其时间复杂度就是线性对数级,这样大大提高了效率。

      首先用分治法解决该问题的基本思路可以参考 http://blog.csdn.net/lishuhuakai/article/details/9133961 ,说的很详细,但大致思路就是先根据x轴把所有点平分,然后分别在每一部分寻找最近点对,最后通过比较选一个最小的。当然其中最核心的地方是跨域求距离,原文写的很清楚,在此就不再赘述了。

         以下是代码:

    from math import sqrt
    
    def nearest_dot(s):
        len = s.__len__()
        left = s[0:len/2]
        right = s[len/2:]
        mid_x = (left[-1][0]+right[0][0])/2.0
    
        if left.__len__() > 2:   lmin = nearest_dot(left)    #左侧部分最近点对
        else:   lmin = left
        if right.__len__() > 2:   rmin = nearest_dot(right)   #右侧部分最近点对
        else:   rmin = right
    
        if lmin.__len__() >1: dis_l = get_distance(lmin)
        else: dis_l = float("inf")
        if rmin.__len__() >1: dis_2 = get_distance(rmin)
        else: dis_2 = float("inf")
    
        d = min(dis_l, dis_2)   #最近点对距离
    
        mid_min=[]
        for i in left:
            if mid_x-i[0]<=d :   #如果左侧部分与中间线的距离<=d
                for j in right:
                    if abs(i[0]-j[0])<=d and abs(i[1]-j[1])<=d:     #如果右侧部分点在i点的(d,2d)之间
                        if get_distance((i,j))<=d: mid_min.append([i,j])   #ij两点的间距若小于d则加入队列
        if mid_min:
            dic=[]
            for i in mid_min:
                dic.append({get_distance(i):i})
            dic.sort(key=lambda x: x.keys())
            return (dic[0].values())[0]
        elif dis_l>dis_2:
            return rmin
        else:
            return lmin
    
    
    # 求点对的距离
    def get_distance(min):
        return sqrt((min[0][0]-min[1][0])**2 + (min[0][1]-min[1][1])**2)
    
    def divide_conquer(s):
        s.sort(cmp = lambda x,y : cmp(x[0], y[0]))   
        nearest_dots = nearest_dot(s)
        print nearest_dots

    测试一下,比如说要找这些点中最近的一对s=[(0,1),(3,2),(4,3),(5,1),(1,2),(2,1),(6,2),(7,2),(8,3),(4,5),(9,0),(6,4)]

    运行一下divide_conquer(s),最终打印出[(6, 2), (7, 2)],Bingo

     

     

     

    哎...今天够累的,签到来了1...
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