Java 使用 Jarvis 算法或包装的凸包(Convex Hull using Jarvis’ Algorithm or Wrapping)

给定平面中的一组点,该集合的凸包是包含该集合所有点的最小凸多边形。

我们强烈建议您先阅读以下文章。 
如何检查两个给定的线段是否相交?

c++ https://blog.csdn.net/hefeng_aspnet/article/details/141713655
java https://blog.csdn.net/hefeng_aspnet/article/details/141713762
python https://blog.csdn.net/hefeng_aspnet/article/details/141714389
C# https://blog.csdn.net/hefeng_aspnet/article/details/141714420
javascript https://blog.csdn.net/hefeng_aspnet/article/details/141714442


贾维斯算法的思想很简单,我们从最左边的点(或 x 坐标值最小的点)开始,然后继续沿逆时针方向包裹点。 

最大的问题是,给定一个点 p 作为当前点,如何在输出中找到下一个点? 

这里的想法是使用orientation()。

 //c++ C++ 3 个有序点的方向(Orientation of 3 ordered points)-CSDN博客
//java Java 3 个有序点的方向(Orientation of 3 ordered points)-CSDN博客
//python Python 3 个有序点的方向(Orientation of 3 ordered points)_gh python 判断三点是否顺时针方向 如果是则反序-CSDN博客
//C# C# 3 个有序点的方向(Orientation of 3 ordered points)-CSDN博客
//Javascript javascript 3 个有序点的方向(Orientation of 3 ordered points)_threejs计算三个点的朝向-CSDN博客 

下一个点被选为在逆时针方向上领先于所有其他点的点,即,如果对于任何其他点 r,我们有“orientation(p, q, r) = 逆时针”,则下一个点是 q。 

 算法:
步骤 1)将 p 初始化为最左边的点。 
步骤 2)继续进行,直到不再回到第一个(或最左边的)点。2.1 
            )下一个点 q 是这样的点,即对于任何其他点 r,三元组 (p, q, r) 都是逆时针的。 

                    为了找到这一点,我们只需将 q 初始化为下一个点,然后遍历所有点。 

                    对于任意点 i,如果 i 更偏向逆时针,即 orientation(p, i, q) 是逆时针的,则我们将 q 更新为 i。 

                    我们的 q 的最终值将是最逆时针的点。2.2 
           ) next[p] = q(将 q 作为 p 的下一个存储在输出凸包中)。2.3 
           ) p = q(将 p 设置为 q 以进行下一次迭代)。

以下是上述算法的实现: 

// Java program to find convex hull of a set of points. Refer 
// https://www.geeksforgeeks.org/orientation-3-ordered-points/
// for explanation of orientation()
import java.util.*;
 
class Point
{
    int x, y;
    Point(int x, int y){
        this.x=x;
        this.y=y;
    }
}
 
class GFG {
     
    // To find orientation of ordered triplet (p, q, r).
    // The function returns following values
    // 0 --> p, q and r are collinear
    // 1 --> Clockwise
    // 2 --> Counterclockwise
    public static int orientation(Point p, Point q, Point r)
    {
        int val = (q.y - p.y) * (r.x - q.x) -
                  (q.x - p.x) * (r.y - q.y);
      
        if (val == 0) return 0;  // collinear
        return (val > 0)? 1: 2; // clock or counterclock wise
    }
     
    // Prints convex hull of a set of n points.
    public static void convexHull(Point points[], int n)
    {
        // There must be at least 3 points
        if (n < 3) return;
      
        // Initialize Result
        Vector<Point> hull = new Vector<Point>();
      
        // Find the leftmost point
        int l = 0;
        for (int i = 1; i < n; i++)
            if (points[i].x < points[l].x)
                l = i;
      
        // Start from leftmost point, keep moving 
        // counterclockwise until reach the start point
        // again. This loop runs O(h) times where h is
        // number of points in result or output.
        int p = l, q;
        do
        {
            // Add current point to result
            hull.add(points[p]);
      
            // Search for a point 'q' such that 
            // orientation(p, q, x) is counterclockwise 
            // for all points 'x'. The idea is to keep 
            // track of last visited most counterclock-
            // wise point in q. If any point 'i' is more 
            // counterclock-wise than q, then update q.
            q = (p + 1) % n;
             
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
               // If i is more counterclockwise than 
               // current q, then update q
               if (orientation(points[p], points[i], points[q])
                                                   == 2)
                   q = i;
            }
      
            // Now q is the most counterclockwise with
            // respect to p. Set p as q for next iteration, 
            // so that q is added to result 'hull'
            p = q;
      
        } while (p != l);  // While we don't come to first 
                           // point
      
        // Print Result
        for (Point temp : hull)
            System.out.println("(" + temp.x + ", " +
                                temp.y + ")");
    }
     
    /* Driver program to test above function */
    public static void main(String[] args) 
    {
 
        Point points[] = new Point[7];
        points[0]=new Point(0, 3);
        points[1]=new Point(2, 3);
        points[2]=new Point(1, 1);
        points[3]=new Point(2, 1);
        points[4]=new Point(3, 0);
        points[5]=new Point(0, 0);
        points[6]=new Point(3, 3);
         
        int n = points.length;
        convexHull(points, n);
        
    }
}
   
// This code is contributed by Arnav Kr. Mandal. 

输出:

(0,3)
(0,0)
(3,0)
(3,3)

时间复杂度:O(m * n),其中 n 是输入点数,m 是输出点数或船体点数 (m <= n)。对于船体上的每个点,我们都会检查所有其他点以确定下一个点。  

最坏情况,时间复杂度:O(n 2 )。最坏情况发生在所有点都在船体上(m = n)。

辅助空间:O(n),因为已占用 n 个额外空间

集合 2-凸包(Graham 扫描) 

注意:当凸包中存在共线点时,上述代码可能会对不同顺序的输入产生不同的结果。例如,当输入 (0, 3), (0, 0), (0, 1), (3, 0), (3, 3) 时,它产生 (0, 3) (0, 0) (3, 0) (3, 3) 的输出;当输入 (0, 3), (0, 1), (0, 0), (3, 0), (3, 3) 时,输出为 (0, 3) (0, 1) (0, 0) (3, 0) (3, 3)。如果是共线,我们通常需要最远的下一个点,如果是共线点,我们可以通过添加一个 if 条件来获得所需的结果。请参考此修改后的代码。

资料来源:
http://www.dcs.gla.ac.uk/~pat/52233/slides/Hull1x1.pdf

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