35.2 Xác định có cặp đoạn thẳng nào cắt nhau khôngBài toán: Cho tập các đoạn thẳng trong mặt phẳng.. ª Để đơn giản, giả sử: – Không có đoạn thẳng nào là thẳng đứng – Không có ba đoạn thẳ
Trang 1Hình Học Tính Toán
Trang 235.2 Xác định có cặp đoạn thẳng nào cắt nhau không
Bài toán: Cho tập các đoạn thẳng trong mặt phẳng Xác định có cặp đoạn thẳng nào cắt nhau hay không
ª Để đơn giản, giả sử:
– Không có đoạn thẳng nào là thẳng đứng
– Không có ba đoạn thẳng nào cắt nhau tại một điểm chung
Trang 3Giải thuật thô sơ
ª Giải thuật thô sơ: Kiểm tra xem mỗi cặp đoạn thẳng có cắt nhau hay không Thời gian chạy là Θ(n2), với n là số các đoạn thẳng.
Trang 4Kỹ thuật quét
ª Giải thuật hữu hiệu dùng kỷ thuật quét (sweeping):
Dùng một đưòng thẳng thẳng đứng quét từ trái sang phải và xem xét
các thay đổi của phần giao của đường thẳng quét với các đoạn thẳng.
– Đường thẳng quét (sweep line)
° Đường thẳng quét thẳng đứng, vị trí hiện thời là toạ độ x
x
Trang 5Thứ tự các đoạn thẳng
° Định nghĩa một thứ tự hoàn toàn trên các đoạn thẳng cắt bởi
đường thẳng quét.
– Hai đoạn thẳng s1 và s2 không cắt nhau là có thể so sánh được
tại x nếu đường thẳng quét tại vị trí x cắt cả hai đoạn thẳng đó.
– Nếu s1 và s2 là có thể so sánh được tại x và giao điểm của s1
với đường thẳng quét ở cao hơn giao điểm của s2 với cùng
đường thẳng quét đó, thì ta nói s1 ở trên s2 , ký hiệu s1 >x s2
Trang 6a b
c
g
h
f
i
a >r c a >t b
b >t c
a >t c
b >u c
Đoạn thẳng d không so sánh được với
các đoạn thẳng khác trong hình (a).
e >v f nhưng f >w e
Mọi đường thẳng quét mà đi qua vùng
xám đều có các đoạn thẳng e và f ở
liên tiếp nhau trong quan hệ thứ tự của nó
Thứ tự các đoạn thẳng (tiếp)
Trang 7Các cấu trúc dữ liệu trong kỹ thuật quét
– Đường thẳng quét
° Khi di chuyển đường thẳng quét, giải thuật trữ và duy trì các thông tin sau
– Tình trạng của đường thẳng quét (sweep-line status): cho biết thứ tự giữa các đối tượng (đoạn thẳng) bị cắt bởi đường thẳng quét với nhau
– Lịch của các biến cố (event-point schedule): dãy các tọa độ
x, sắp từ trái sang phải, xác định các vị trí dừng của đường
thẳng quét
Trang 8Các thao tác lên sweep-line status
ª Chi tiết giải thuật hữu hiệu dùng kỷ thuật quét
– Đường thẳng quét
° Khi di chuyển đường thẳng quét, giải thuật trữ và duy trì các thông tin sau
– Tình trạng của đường thẳng quét (sweep-line status): Các thao tác lên T:
° ABOVE(T, s) : trả về đoạn thẳng ở ngay trên s trong T
° BELOW(T, s) : trả về đoạn thẳng ở ngay dưới s trong T.
Trang 9Event-point schedule
– Lịch của các biến cố (event-point schedule): dãy các tọa độ
x, sắp từ trái sang phải, xác định các vị trí dừng của đường
thẳng quét
° Mỗi điểm đầu mút của các đoạn thẳng (của tập input S)
là một điểm biến cố (event point), là điểm mà thứ tự T
thay đổi
° Lịch của các biến cố là tĩnh và được xây dựng bằng cách sắp xếp các điểm đầu mút của các đoạn thẳng theo thứ tự từ trái qua phải
Trang 10Xác định có cặp đoạn thẳng nào cắt nhau không
ANY-SEGMENTS-INTERSECT(S)
1 T ← ∅
2 Sắp các điểm đầu mút của các đoạn thẳng trong S theo
thứ tự từ trái sang phải, breaking ties
3 for mổi điểm p trong danh sách sắp xếp của các điểm đầu mút
4 do if p là điểm đầu mút bên trái của đoạn thẳng s
5 then INSERT(T, s)
6 if (ABOVE(T, s) tồn tại và cắt s)
hay (B ELOW(T, s) tồn tại và cắt s)
7 then return TRUE
8 if p là điểm đầu mút bên phải của đoạn thẳng s
9 then if cả hai ABOVE(T, s) và BELOW(T, s) đều tồn tại
và A BOVE(T, s) cắt BELOW(T, s)
10 then return TRUE
11 DELETE(T, s)
12 return FALSE
Trang 11Thực thi ANY-SEGMENTS-INTERSECT
a
b
c
f
b b thời gian
Trang 12Breaking ties
ª Nếu khi sắp xếp các điểm đầu mút của các đoạn thẳng trong S từ trái sang phải mà có nhiều điểm có cùng tọa độ x thì breaking ties như
sau
– Các điểm đầu mút bên trái được xếp trước các điểm đầu mút bên phải
a
b p
q
p được xếp trước q khi sắp xếp các điểm đầu mút
ở dòng 2 của ANY-SEGMENTS-INTERSECT
Trang 13Tính đúng đắn
ª Theorem 35.1 (Tính đúng đắn)
Giải thuật ANY-SEGMENTS-INTERSECT chạy trên tập S trả về TRUE
nếu và chỉ nếu có cắt nhau giửa các đoạn thẳng
ª Chứng minh
“⇒”: xem mã ta thấy ANY-SEGMENTS-INTERSECT trả về TRUE chỉ khi nào nó tìm thấy hai đoạn thẳng cắt nhau
“⇐”: Sẽ chứng minh rằng nếu tồn tại hai đoạn thẳng cắt nhau thì
Trang 14Tính đúng đắn (tiếp)
Giả sử tồn tại một giao điểm
Gọi p là giao điểm bên trái nhất, gọi a và b là các đoạn thẳng cắt nhau tại p.
Tồn tại đường quét z mà tại đó a và b trở nên liên tiếp nhau trong
thứ tự toàn phần
Tồn tại điểm đầu mút q mà là event point để cho a và b trở nên liên
tiếp nhau trong thứ tự toàn phần
Có 2 trường hợp: A) giải thuật xử lý q và B) giải thuật không xử lý q.
p
z
a b
Trang 15Tính đúng đắn (tiếp)
A)
Trường hợp 1: đoạn thẳng a hay b được chèn vào T, và đoạn thẳng
kia ở trên hay dưới nó Các dòng 4-7 tìm thấy trường hợp này
p
p
p
q
q
q
p z
q
p
Trang 16Tính đúng đắn (tiếp)
Trường hợp 2: các đoạn thẳng a và b đang trong T, và một đoạn thẳng
ở giữa chúng được xóa Các dòng 8-11 tìm thấy trường hợp này
B)
Nếu q không được giải thuật xử lý, thì có nghĩa là giải thuật đã quay
về trước khi xử lý xong tất cả các event points Vậy giải thuật đã tìm
p
z
q
Trang 17Phân tích ANY-SEGMENTS-INTERSECT
ª Thời gian chạy
– Giả sử tập đoạn thẳng S gồm có n đoạn thẳng Dùng cấu trúc dữ
liệu thích hợp (ví dụ: dựa trên cây nhị phân cân bằng) để hiện
thực T sao cho các thao tác lên T đều tốn O(lg n) thời gian.
– Thời gian chạy của giải thuật ANY-SEGMENTS-INTERSECT gồm
° Dòng 1: O(1) thời gian
° Dòng 2: O(n lg n) thời gian
° Vòng lặp for: O(n lg n) thời gian
Vậy thời gian chạy tổng cộng của giải thuật là O(n lg n).
Trang 1835.4 Tìm bao lồi
ª Tự đọc
Trang 1935.4 Tìm cặp điểm gần nhau nhất
ª Tự đọc
