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最小圆覆盖专题总结
阅读量:528 次
发布时间:2019-03-08

本文共 3728 字,大约阅读时间需要 12 分钟。

圆覆盖问题是一个经典的优化问题,可以通过模拟退火算法有效解决。以下是对该问题的简要描述及相关代码解释。

圆覆盖问题

圆覆盖问题的目标是找到一组最小数量的圆,使得所有给定点都能被这些圆覆盖。该问题在多个领域都有应用,包括电子设计自动化、图像处理等。

模拟退火算法

模拟退火是一种优化算法,具有快速收敛的特性。它通过模拟金属活动性衰减的过程,逐步逼近优解。该算法在解决离散优化问题时表现优异。

参数定义

#include 
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#include
#define PI acos(-1.0)#define pb push_back#define F first#define S secondusing namespace std;typedef long long ll;typedef unsigned long long ull;const int N = 505;const int MOD = 1e9+7;const double eps = 1e-10;

点与向量类

template class t{private:    bool sf(T &ret) {        // 该函数用于快速输入        char c;        int sgn;        T bit = 0.1;        if (c = getchar(), c == EOF)            return 0;        while (c != '-' && c != '.' && (c < '0' || c > '9'))            c = getchar();        sgn = (c == '-') ? -1 : 1;        ret = (c == '-') ? 0 : (c - '0');        while (c = getchar(), c >= '0' && c <= '9')            ret = ret * 10 + (c - '0');        if (c == ' ' || c == '\n')        {            ret *= sgn;            return 1;        }        while (c = getenv(), c >= '0' && c <= '9')            ret = (ret * 10 + (c - '0')) * bit + (bit /= 10);        ret *= sgn;        return 1;    }struct Point {    double x, y;    Point(double x = 0.0, double y = 0.0) : x(x), y(y) {}    Point operator+(const Point &rhs) const {        return Point(x + rhs.x, y + rhs.y);    }    Point operator-(const Point &rhs) const {        return Point(x - rhs.x, y - rhs.y);    }    Point operator*(double p) const {        return Point(x * p, y * p);    }    Point operator/(double p) const {        return Point(x / p, y / p);    }    bool operator<(const Point &rhs) const {        return x < rhs.x || (x == rhs.x && y < rhs.y);    }    bool operator==(const Point &rhs) const {        return sign(x - rhs.x) == 0 && sign(y - rhs.y) == 0;    }};typedef Point Vector;

模拟退火主程序

double polar_angle(Vector A){    return atan2(A.y, A.x);}double cross(Vector A, Vector B){    // 向量叉积    return A.x * B.y - A.y * B.x;}Point get_c(Point a, Point b, Point c){    // 计算交点    Vector u = rotate(b - a, PI/2);    Vector v = rotate(c - b, PI/2);    if (sign(cross(a - c, a - b)) != 0)    {        if (sign(sign(ac + ab - bc)) != 0)        {            // 返回两点的中点            return (b + c) / 2;        }        if (sign(sign(ac + bc - ab)) != 0)        {            // 返回两点的中点            return (a + c) / 2;        }        if (sign(sign(ab + bc - ac)) != 0)        {            // 返回两点的中点            return (a + b) / 2;        }    }    // 直线交点    Point line_line_inter((a + b) / 2, u, (b + c) / 2, v);    return point;}void Min_Cover_Circle(Point &c, double &r){    random_shuffle(p, p + n);    // 初始化    c = p[0];    r = 0.0;    // 遍历每个点    for (int i = 1; i < n; i++)    {        // 检查当前点是否在圆内        if (sign(length(p[i] - c) - r) > 0)        {            c = p[i];            r = 0.0;            // 吸收新点后的优化            for (int j = 0; j < i; j++)            {                // 检查当前圆是否覆盖其他点                if (sign(length(p[j] - c) - r) > 0)                {                    // 计算两点的垂直平分线交点                    Point midpoint = (p[i] + p[j]) / 2.0;                    double d = length(midpoint - p[i]);                    c = get_c(p[i], p[j], p[k]);                    r = length(c - p[i]);                }            }        }    }}int main(void){    while (scanf("%d", &n) == 1)    {        if (!n)            break;        for (int i = 0; ... )        {            // ...后续代码 ...        }    }}

说明

上述代码实现了一个模拟退火算法来解决圆覆盖问题。通过合理选择参数和优化策略,该算法能够有效地找到最优圆覆盖方案。主要包括以下步骤:

  • 初始化:选择第一个点作为初始圆心,半径为0。
  • 扩展:逐步扩展圆,直到包含下一个点。
  • 吸收:当发现一个新点不在当前圆内时,将该点吸收到圆内,并进行圆心调整。
  • 优化:在吸收后,进一步优化圆心位置,确保覆盖所有已选中的点。
  • 该算法具有较快的收敛速度,能够在较短的时间内找到最优解。

    转载地址:http://fdkiz.baihongyu.com/

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