• POJ1113Wall


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    大致题意:

    给定多边形城堡的n个顶点,绕城堡外面建一个围墙,围住所有点,并且墙与所有点的距离至少为L,求这个墙最小的长度。

     

    解题思路:

    推导公式(1):

    城堡围墙长度最小值 = 城堡顶点坐标构成的散点集的凸包总边长 + 半径为L的圆周长

     

    由于数据规模较大,必须用GrahamScan Algorithm构造凸包(详细的算法可以参考我的POJ2187,这里就不再啰嗦了),然后顺序枚举凸包相邻的两点并计算其距离,得到凸包的总边长,最后加上圆周长2πL

    根据圆形的性质,其实就相当于多加了一个r=L的圆,把该圆根据凸包的边数(假设有k条)划分为k段弧,分别用来连接凸包上所有边。这样做的目的就是为了在保证围墙距离城堡至少为L的同时,使得转角处为圆角而不是直角,减少建造围城所需的资源。

     

    附:

    针对上面的公式(1copy一个证明:http://blog.sina.com.cn/s/blog_687916bf0100jq9g.html

     

    证明如下:假如顺时针给出四个点ABCD。组成了凸四边形ABCD。我们不妨过A点作AE垂直于AB,同时过A点再作AF垂直于AD,过B点作BGBH分别垂直于ABBC。连结EG,垂线段的长度为L,过A点以AE为半径作一段弧连到AF,同理,使GH成为一段弧。此时EG=AB(边),AB段城墙的最小值为EF+EF+GH=AB+EF+GH。对所有点进行同样的操作后,可知城墙的最小值=四边形的周长+相应顶点的弧长(半径都为L)之和。

    下面证明这些顶点弧长组成一个圆。依然以前面的四边形为例。ABCD四顶点各成周角,总和为360*4=1440度,四边形内角和为360度,每个顶点作两条垂线,总角度为4*2*90=720度,所以总圆周角为1440-360-720=360度,刚好组成圆。

    所以四边形ABCD的围墙最短= 四边形的周长+圆周长。

     

    推广到任意多边形,用同样的方法,城墙最短=凸包的周长 + L为半径的圆的周长。

    首先,我们得出城墙最短=凸包的周长 + 相应顶点的弧长(半径都为L)之和。

    再证明 相应顶点的弧长(半径都为L)之和=L为半径的圆的周长。

    事实上,设凸包顶点为n,n个顶点组成n个周角,角度为360*n=2*180*n,凸包的内角和为180*(n-2),作了2*n条垂线,和为2*n*90=180*n,所以总圆周角为2*180*n-180*(n-2)-180*n=360,组成圆。

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    4 #include<iostream>
    5 #include<cmath>
    6 #include<iomanip>
    7 using namespace std;
    8
    9 const int inf=10001;
    10 const double pi=3.141592654;
    11
    12 typedef class
    13 {
    14 public:
    15 int x,y;
    16 }point;
    17
    18 /*AB距离平方*/
    19
    20 int distsquare(point A,point B)
    21 {
    22 return (B.x-A.x)*(B.x-A.x)+(B.y-A.y)*(B.y-A.y);
    23 }
    24
    25 /*AB距离*/
    26
    27 double distant(point A,point B)
    28 {
    29 return sqrt((double)((B.x-A.x)*(B.x-A.x)+(B.y-A.y)*(B.y-A.y)));
    30 }
    31
    32 /*叉积计算*/
    33
    34 int det(int x1,int y1,int x2,int y2)
    35 {
    36 return x1*y2-x2*y1;
    37 }
    38
    39 int cross(point A,point B,point C,point D)
    40 {
    41 return det(B.x-A.x,B.y-A.y,D.x-C.x,D.y-C.y);
    42 }
    43
    44 /*快排判断规则*/
    45
    46 point* s;
    47 int cmp(const void* pa,const void* pb)
    48 {
    49 point* a=(point*)pa;
    50 point* b=(point*)pb;
    51
    52 int temp=cross(*s,*a,*s,*b);
    53 if(temp>0)
    54 return -1;
    55 else if(temp==0)
    56 return distsquare(*s,*b)-distsquare(*s,*a);
    57 else
    58 return 1;
    59 }
    60
    61 int main(int i,int j)
    62 {
    63 int N,L;
    64 while(cin>>N>>L)
    65 {
    66 /*Input*/
    67
    68 point* node=new point[N+1];
    69
    70 int min_x=inf;
    71 int fi;
    72 for(i=1;i<=N;i++)
    73 {
    74 cin>>node[i].x>>node[i].y;
    75
    76 if(min_x > node[i].x)
    77 {
    78 min_x = node[i].x;
    79 fi=i;
    80 }
    81 else if(min_x == node[i].x)
    82 if(node[fi].y > node[i].y)
    83 fi=i;
    84 }
    85
    86 /*Quicksort the Vertex*/
    87
    88 node[0]=node[N];
    89 node[N]=node[fi];
    90 node[fi]=node[0];
    91
    92 s=&node[N];
    93 qsort(node+1,N,sizeof(point),cmp);
    94
    95 /*Structure Con-bag*/
    96
    97 int* bag=new int[N+2];
    98 bag[1]=N;
    99 bag[2]=1;
    100 int pb=2;
    101 for(i=2;i<=N;)
    102 if(cross(node[ bag[pb-1] ],node[ bag[pb] ],node[ bag[pb] ],node[i]) >= 0)
    103 bag[++pb]=i++;
    104 else
    105 pb--;
    106
    107 /*Compute Min-length*/
    108
    109 double minlen=0;
    110 for(i=1;i<pb;i++)
    111 minlen+=distant(node[ bag[i] ],node[ bag[i+1] ]);
    112
    113 minlen+=2*pi*L;
    114
    115 cout<<fixed<<setprecision(0)<<minlen<<endl;
    116
    117 delete node;
    118 delete bag;
    119 }
    120 return 0;
    121 }
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