使用橡皮筋求解凸包?

Convex hull solving using a rubber band?

可以通过拉伸橡皮筋使其包含所有点然后松开来找到凸包。

所以我的问题是:假设我们有一个机器人(理论上的机器人)来解决这个问题。 我们给它我们点的坐标(我们有 n 个点)。

  1. 它使用一些引脚来指示板上的点 (O(n))。

  2. 现在我们选择一个点(选择哪个并不重要)然后我们检查它与其他点的距离,例如 ( sqr( x^2 + y^2 ) ) 。然后我们找到最大距离。

  3. 然后机器人用一根橡皮筋将它拉长成一个圆,其半径为我们在第2步中找到的距离,并以我们在第2步中选择的点为中心。它释放了乐队 。

  4. 然后机器人需要跟随橡皮筋在O(m)中找到凸包的顶点,其中m是凸包由它们组成的顶点。(m <= n)

所以算法的总阶数(这种方式)为 O(n)。

我知道我没有考虑橡皮筋需要拉伸的时间或收缩所需的时间。

但假设我们有很多点,它 (contraction/streching) 比 O(n) 少得多。

有没有电脑模拟橡皮筋的效果?

我知道凸包的最低可能顺序据说是 O(nlg(n)) 由于排序较低带。

but assuming we have lots of points it takes much less than O(n).

不,不是,因为这一步:

Now we choose a point (it's not important which one we choose) then we check its distance with other points like ( sqr( x^2 + y^2 ) ) . And we find the Max distance .

您无法在小于 O(n) 的时间内找到此最大距离。

还有:

Then the robot uses a rubber band and extends it in form of a circle with a radius of distance we found in step 2 and centered in the point we chose in step 2. And it releases the band .

Then the robot needs to follow the rubber band to find the vertices of the convex hull in O( m ) where m is the vertices that convex hull consists of them.(m <= n)

这需要 O(m*n) 时间,参见 Jarvis march 算法。需要确认每个点都是凸包的一部分,不能把松紧带拉一下就完事了

"is there anyway to simulate the effect of the rubber band in computer":不,不是关于计算复杂性。计算机操作一次处理恒定数量的操作数。例如,典型的凸包算法会三个三个地取点,并检查它们是否形成顺时针或逆时针三角形。据说这是在恒定时间内完成的。

释放波段涉及所有N点,不能作为原始操作实现。

如果您尝试以某种方式用计算机模拟它,您可以确定它至少需要 O(N Log(N)) 次操作。无论如何,在离散宇宙(整数坐标)中,O(N) 可以使用基数排序。

我猜你可以使用某种优化算法来模拟"rubber band algorithm",但它可能会非常慢。请记住,从某种意义上说,物理世界是一台巨大的、极其复杂的计算机,一直在计算复杂的东西,如重力、磁力等,最后但不是碰撞检测。

首先,让我们进行设置:

  • 橡皮筋表示为节点的双向链表,其中包含每个 "atom" 在橡皮筋中的位置(将橡皮筋视为一维原子链)
  • 引脚由某种空间图或非常细粒度的 n 维数组表示,其中包含某个小区域是否包含引脚的信息

现在,实际算法:

  • 每当橡皮筋中的 "atom" touches/is 非常靠近一个引脚(根据空间图或 n-d 数组)时,该原子是固定的并且不能再移动
  • 对于所有其他原子,稍微改变它们的位置以最小化到它们各自相邻邻居的距离;您可以使用例如随机优化或群算法来做到这一点
  • 重复直到所有原子都"settled down"

当然,这个算法的复杂度很可怕,比O(n)甚至O(nlogn)都差远了,因为 "rubber band" 的所有昂贵计算通常都是由称为宇宙的伟大物理引擎执行的。 (通过将 "rubber band and board of pins" 问题输入任何现代物理模拟,您可能会获得类似的结果。)