landsat99 发表于 2023-2-6 23:55:59

正交点集-外轮廓线 算法实现

本帖最后由 landsat99 于 2023-2-7 09:15 编辑

// 分布于正交栅格网的散点集合(允许有内部空洞),生成正交点集合的外轮廓线。


说明:
1.此算法分区施加右手法则,贴合正交外轮廓。
2.对任意散点的集合,外轮廓线不唯一。 需附加约束条件,比如面积最大、 轮廓线周长最大、最小等。
3.Python演示算法及图形说明。
4.此正交算法 为纯原创代码,未参考其它几何算法集。不严谨之处 多多交流指正。




# RecVec_grid.py
import matplotlib.pyplot as plt
import GenList as Gen
import MaxP as MP


def Direc(UpDown, A, B):
    alpha = 360 + 10
    if UpDown == 1:# 象限号
      if B == A and B > A:
            alpha = 0#
      elif B == A and B < A:
            alpha = 180
      elif B == A and B > A:
            alpha = 90
      elif B == A and B < A:
            alpha = 270
      else:
            pass
    if UpDown == 2:# 象限号
      if B == A and B > A:
            alpha = 0
      elif B == A and B < A:
            alpha = 180
      elif B == A and B > A:
            alpha = 270
      elif B == A and B < A:
            alpha = 90
      else:
            pass
    if UpDown == 3:# 象限号
      if B == A and B < A:
            alpha = 0
      elif B == A and B > A:
            alpha = 180
      elif B == A and B < A:
            alpha = 90
      elif B == A and B > A:
            alpha = 270
      else:
            pass
    if UpDown == 4:# 象限号
      if B == A and B < A:
            alpha = 0
      elif B == A and B > A:
            alpha = 180
      elif B == A and B < A:
            alpha = 270
      elif B == A and B > A:
            alpha = 90
      else:
            pass
    return alpha



def Dist(A, B):
    return (B - A)**2 + (B - A)**2


def NextPoi(UpDown, Poi, PList):
    Dire = 360 + 10
    Unit = 1
    for id, p in enumerate(PList):
      if Direc(UpDown, Poi, p) <= Dire and Dist(Poi, p) == Unit:
            Dire = Direc(UpDown, Poi, p)
            dis = Dist(Poi, p)
            Num = id
    return PList


def plot2D(x, y, x_out, y_out):
    plt.scatter(x, y)# 画散点图
    plt.plot(x_out, y_out)# 画连线图
    plt.show()

if __name__ == '__main__':
    Points = Gen.GenList()
    XMaxPoi, Num = MP.XMaxPoint(Points)
    YMaxPoi, Num = MP.YMaxPoint(Points)
    XMinPoi, Num = MP.XMinPoint(Points)
    YMinPoi, Num = MP.YMinPoint(Points)
    PPs = Points.copy()
    PPs.remove(XMaxPoi)
    Poi_A = XMaxPoi
    RList =
    Poi_B = []
    while Poi_B != YMaxPoi:
      Poi_B = NextPoi(1, Poi_A, PPs)
      RList.append(Poi_B)
      PPs.remove(Poi_B)
      Poi_A = Poi_B
    Poi_A = YMaxPoi
    Poi_B = []
    while Poi_B != XMinPoi:
      Poi_B = NextPoi(2, Poi_A, PPs)
      RList.append(Poi_B)
      PPs.remove(Poi_B)
      Poi_A = Poi_B
    Poi_A = XMinPoi
    Poi_B = []
    while Poi_B != YMinPoi:
      Poi_B = NextPoi(3, Poi_A, PPs)
      RList.append(Poi_B)
      PPs.remove(Poi_B)
      Poi_A = Poi_B
    Poi_A = YMinPoi
    Poi_B = []
    PPs = + PPs# 加回第一点
    while Poi_B != XMaxPoi:
      Poi_B = NextPoi(4, Poi_A, PPs)
      RList.append(Poi_B)
      PPs.remove(Poi_B)
      Poi_A = Poi_B
    print(RList)

    XList = for i in Points]
    YList = for i in Points]
    X_OutList = for i in RList]
    Y_OutList = for i in RList]
    plot2D(XList, YList, X_OutList, Y_OutList)



# MaxP.py
def XMaxPoint(PList):
    Xmax = PList
    Ymax = PList
    for id, poi in enumerate(PList):
      if poi > Xmax:
            Xmax = poi
            Ymax = poi
            Num = id
      if poi >= Xmax and poi > Ymax:
            Xmax = poi
            Num = id
    return PList, Num


def YMaxPoint(PList):
    Xmax = PList
    Ymax = PList
    for id, poi in enumerate(PList):
      if poi > Ymax:
            Ymax = poi
            Xmax = poi
            Num = id
      if poi >= Ymax and poi < Xmax:
            Ymax = poi
            Num = id
    return PList, Num


def XMinPoint(PList):
    Xmin = PList
    Ymin = PList
    for id, poi in enumerate(PList):
      if poi < Xmin:
            Xmin = poi
            Ymin = poi
            Num = id
      if poi <= Xmin and poi < Ymin:
            Xmin = poi
            Num = id
    return PList, Num


def YMinPoint(PList):
    Xmin = PList
    Ymin = PList
    for id, poi in enumerate(PList):
      if poi < Ymin:
            Ymin = poi
            Xmin = poi
            Num = id
      if poi <= Ymin and poi > Xmin:
            Ymin = poi
            Num = id
    return PList, Num



# GenList.py
def GenList():
    Points = []
    for i in range(6, 9):
      for j in range(14, 17):
            Points.append()
    for i in range(4, 12):
      for j in range(12, 14):
            Points.append()
    for i in range(5, 10):
      for j in range(10, 12):
            Points.append()
    for i in range(2, 13):
      for j in range(6, 10):
            Points.append()
    for i in range(4, 13):
      for j in range(4, 6):
            Points.append()
    for i in range(3, 8):
      for j in range(0, 4):
            Points.append()
    for i in range(9, 12):
      for j in range(2, 5):
            Points.append()
    return Points





landsat99 发表于 2023-2-7 00:11:26

此算法的右手航向角 取为正交判断(针对正交栅格散点集合)。

对任意散点集合,需设定另外的约束条件。

mahuan1279 发表于 2023-2-7 08:44:51

删掉的点都是以该点为中心八方向都有点的点。

landsat99 发表于 2023-2-7 09:24:57

mahuan1279 发表于 2023-2-7 08:44
删掉的点都是以该点为中心八方向都有点的点。

您这个思路很棒!确实可以解决很多阴角歧点、回头线等问题。
目前我用的四分区的办法(集合4个极值分区)分别制定航向规则,来解决阴角歧点、回头线问题。

您的方案, 估计算法上会更佳。赞一个

qjchen 发表于 2023-2-7 09:54:06

感觉题目定义可能会导致一些无解的情况
比如矩形格点只有3个点的情况,或者有单独几点伸出的情况,也可能如楼主说的,需要限制条件
https://karobben.github.io/2022/03/07/Python/point_outline/
此处也有一个类似的问题,用了α来限制

landsat99 发表于 2023-2-7 11:27:52

本帖最后由 landsat99 于 2023-2-7 11:29 编辑

qjchen 发表于 2023-2-7 09:54
感觉题目定义可能会导致一些无解的情况
比如矩形格点只有3个点的情况,或者有单独几点伸出的情况,也可能 ...
同意您的观点。

对有单点的分支凸起,此算法会中断。单点凸起的轮廓线,是需要单独定义。

如果轮廓线定义为: 散点集合的最大面积轮廓线,则算法将会大大简化。

mahuan1279 发表于 2023-2-7 15:34:16

landsat99 发表于 2023-2-7 11:27
同意您的观点。

对有单点的分支凸起,此算法会中断。单点凸起的轮廓线,是需要单独定义。


那不就是求凸包么?

landsat99 发表于 2023-2-8 17:32:59

本帖最后由 landsat99 于 2023-2-8 17:38 编辑

是的。凸包算法将大为简化算法。即便手写算法,也无需分区制定规则。尤其Convex的成熟包很多,稳定 效率优秀。


Scipy的ConvexHull实例


import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.spatial import ConvexHull

x = np.random.normal(0, 1, 100)
y = np.random.normal(0, 1, 100)
xy = np.hstack((x[:, np.newaxis], y[:, np.newaxis]))
hull = ConvexHull(xy)
plt.scatter(x, y)
plt.plot(x, y)
plt.plot(np.append(x, x), np.append(y, y))
plt.show()






landsat99 发表于 2023-2-14 10:09:36

本帖最后由 landsat99 于 2023-2-14 10:13 编辑

// 2023.02.14

改为正则矢量法,可得到较优方案。普式性、简洁性均较大改善。
点集/线集序列应用,在较多情况下 正则矢量法会优于航向角法。
改进过程 不定期更新中.https://landsat99.github.io/GridContour.html

同时欢迎您提供 数据测试





#
# 不支持 “单线分支”的图形集合
#
import matplotlib.pyplot as plt
import Data1 as Data

def XYMaxPoint(PList):
    Xmax = max(i for i in PList)
    Xlist = []
    for poi in PList:
      if poi == Xmax:
            Xlist.append(poi)
    Ymax = max(i for i in Xlist)
    return

def NextPoi(P, PList):
    Unit = 1.0
    Poi_B = []
    TList = []
    Grid_4 = [ + Unit, P], - Unit, P],
            , P + Unit], , P - Unit]]
    for i in Grid_4:
      if i in PList:
            TList.append(i)
    for A in TList:
      k = 1
      for B in TList:
            Wise = (A - P) * (B - P) - \
                (A - P) * (B - P)
            if Wise < 0:
                k = 0
      if k == 1:
            Poi_B = A
    return Poi_B

def plot2D(x, y, x_out, y_out):
    plt.scatter(x, y)
    plt.plot(x_out, y_out)
    plt.show()

if __name__ == '__main__':
    PPs = Data.Points.copy()
    PoiStart = XYMaxPoint(Data.Points)
    Poi_A = PoiStart
    RList = []
    Poi_B = []
    n = 0
    while Poi_B != PoiStart:
      Poi_B = NextPoi(Poi_A, PPs)
      RList.append(Poi_A)
      PPs.remove(Poi_A)
      Poi_A = Poi_B
      n = n + 1
      if n == 2:
            PPs.append(PoiStart)
    RList.append(PoiStart)
    XList = for i in Data.Points]
    YList = for i in Data.Points]
    X_OutList = for i in RList]
    Y_OutList = for i in RList]
    plot2D(XList, YList, X_OutList, Y_OutList)






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