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使用C#寻找极值点-凸包

是一个计算几何的问题,涉及到寻找给定点集中的凸包。下面是对这个问题的完善且全面的答案:

凸包是指包围给定点集的最小凸多边形。寻找凸包的一个常见算法是Graham扫描算法,它的基本思想是先找到点集中的最低点(y坐标最小),然后按照极角从小到大的顺序对其他点进行排序,最后通过栈来构建凸包。

C#是一种面向对象的编程语言,它可以用于开发各种类型的应用程序,包括桌面应用程序、Web应用程序和移动应用程序等。在C#中,可以使用以下步骤来寻找给定点集的凸包:

  1. 定义一个Point类来表示点的坐标,包括x和y两个属性。
  2. 定义一个CompareByPolarAngle函数,用于比较两个点的极角大小。
  3. 找到点集中的最低点,记为p0。
  4. 对除p0外的其他点按照与p0的极角大小进行排序,可以使用CompareByPolarAngle函数来实现。
  5. 创建一个空栈,将p0和排序后的第一个点入栈。
  6. 遍历排序后的其他点,对于每个点p,判断p和栈顶两个点的连线是否构成一个左转,如果是,则将p入栈;否则,将栈顶点出栈,直到找到一个左转的连线或者栈为空。
  7. 遍历完所有点后,栈中剩余的点即为凸包的顶点。

以下是一个示例代码,用于在C#中寻找给定点集的凸包:

代码语言:txt
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using System;
using System.Collections.Generic;

public class Point
{
    public double X { get; set; }
    public double Y { get; set; }
}

public class ConvexHull
{
    private static int CompareByPolarAngle(Point p1, Point p2)
    {
        if (p1.Y < p2.Y)
            return -1;
        if (p1.Y > p2.Y)
            return 1;
        if (p1.X < p2.X)
            return -1;
        if (p1.X > p2.X)
            return 1;
        return 0;
    }

    private static double CrossProduct(Point p0, Point p1, Point p2)
    {
        return (p1.X - p0.X) * (p2.Y - p0.Y) - (p1.Y - p0.Y) * (p2.X - p0.X);
    }

    public static List<Point> FindConvexHull(List<Point> points)
    {
        if (points.Count < 3)
            throw new ArgumentException("The number of points should be at least 3.");

        // Find the lowest point
        Point p0 = points[0];
        foreach (var point in points)
        {
            if (point.Y < p0.Y || (point.Y == p0.Y && point.X < p0.X))
                p0 = point;
        }

        // Sort points by polar angle
        points.Sort((p1, p2) => CompareByPolarAngle(p1, p2));

        // Build the convex hull
        Stack<Point> stack = new Stack<Point>();
        stack.Push(p0);
        stack.Push(points[1]);

        for (int i = 2; i < points.Count; i++)
        {
            while (stack.Count >= 2 && CrossProduct(stack.ElementAt(1), stack.Peek(), points[i]) <= 0)
                stack.Pop();
            stack.Push(points[i]);
        }

        return new List<Point>(stack);
    }
}

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        List<Point> points = new List<Point>
        {
            new Point { X = 0, Y = 0 },
            new Point { X = 1, Y = 1 },
            new Point { X = 2, Y = 2 },
            new Point { X = 3, Y = 1 },
            new Point { X = 2, Y = 0 },
            new Point { X = 1, Y = 2 }
        };

        List<Point> convexHull = ConvexHull.FindConvexHull(points);

        foreach (var point in convexHull)
        {
            Console.WriteLine($"({point.X}, {point.Y})");
        }
    }
}

这段代码使用了一个Point类来表示点的坐标,然后使用ConvexHull类来实现寻找凸包的算法。在Main函数中,我们定义了一个点集points,并调用ConvexHull.FindConvexHull方法来寻找凸包。最后,将凸包的顶点打印出来。

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