清华计算几何-线段求交与BO算法

单轴线段求交

给定单边轴下, N定线段,检查出相交的线段.

解法一: 暴力求解

遍历所有线段对,进行相交判断, 算法复杂度为O(n2)

解法二: LR扫描

把每条线段的头尾认定为L和R。对所有点进行排序,如果每两个点满足LL或者RR,则对应的线段相交。如果为LR,则对应的线段无相交,算法复杂度为O(nlog(n))

多轴线段求交 - BO算法(line sweep)

上面强调是单个坐标轴的线段求交,扩展到XY轴甚至更多轴.

比较常用的算法有 bentley--ottmann algorithm, 简称BO算法。

利用扫描线进行求交的算法.

算法复杂度: O((n + I) * logn)

空间: O(n + I)

N为线段总数, I为线段交点.

扫描线相交线的垂直排序(从上到下)

扫描线为垂直线, 自左向右扫描, 在x = t时刻, 扫描线与多条线段相交, 按照相交点的高度从上往下排序, 在最上面交点所在的线段顺序最高,然后依次往下降低。

事件点和扫描线移动导致垂直排序变化(从左到右)

随着扫描线的移动,假设原来线段A的顺序高于线段B,但是经过某些关键点变化,他们的相对顺序会颠倒。这些点成为事件(Event)

扫描线移动的时候导致垂直排序发生改变的三个关键时间点:

[1]线段左端点

[2]两条线段相交点

[3]线段右端点

BO算法使用的数据结构

前面说到BO算法由扫描线从左向右扫描, 扫描线时刻会和某部分线段产生相交事件(左右端点 + 相交事件), 而多条线段之间又存在高度之间的顺序排列以及顺序变化。

EventQueue

从左到右经过线段的左右端点和相交点都为事件点。

优先队列

Status Struct

和扫描线X = t正在相交的线段,进行上下维度的高度排序

平衡二叉树

扫描线从左到右扫描线段的三种情况

扫描线进行扫描的EventQueue案例

扫描线相交线段上下维度的StatusStruct变化的案例

(线段左端点,右端点,和相交事件)三种事件下StatusStruct都会产生变化,BBST(平衡二叉树)实现其中的删减和重新排序

BO算法中判断线段相交是前面线段三类事件决定的结果--案例

其中f和e相交就是线段P右端点引发的事件后果.(三类事件中的第二类事件)

BO算法特殊情况下效率低下--重复测试

参考资料

[1] 清华计算几何 P66 - P82

相关推荐
今儿敲了吗7 小时前
链表篇(五)——链表中间结点
数据结构·笔记·算法·链表
YYYing.7 小时前
【C++项目之高并发内存池 (三)】万字解析CentralCache与PageCache的初步实现
c++·笔记·哈希算法·高并发·c/c++·内存池
容智信息8 小时前
不写SQL,不拉Excel:数据分析用“问”的
数据库·人工智能·笔记·数据分析·excel·知识图谱·知识库
05候补工程师8 小时前
【线性代数笔记】秩、线性相关性与等价向量组的核心逻辑总结
经验分享·笔记·线性代数·机器学习
van久8 小时前
Day24:JWT 权限验证中间件 + 认证授权全套实战(笔记 + 面试题 + 落地步骤)
笔记·中间件
Brilliantwxx8 小时前
【C++】认识 list(初步认识+模拟实现)
开发语言·数据结构·c++·笔记·算法·list
不会编程的懒洋洋8 小时前
WPF 性能优化+异步+渲染
开发语言·笔记·性能优化·c#·wpf·图形渲染·线程
Amazing_Cacao8 小时前
CFCA精品可可产区认证课程风土体系(非洲):穿透浓厚表象,深度解剖精品可可底层的结构张力与多维对抗
笔记·学习·重构
智者知已应修善业8 小时前
【51单片机流水灯中断嵌套,低优先级中断完成后如何返回主程序】2023-10-15
c++·经验分享·笔记·算法·51单片机
sheeta199810 小时前
LeetCode 每日一题笔记 日期:2026.05.08 题目:3629. 素数跳跃最小次数
笔记·算法·leetcode