📜  XY平面中M条线段与N条垂直线的交点计数(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:06:05.524000             🧑  作者: Mango

计算XY平面中M条线段与N条垂直线的交点计数

这个问题可以用计算几何的知识来解决。首先,我们需要明确一下什么是垂直线:

在平面直角坐标系中,如果直线l1的斜率为k1,直线l2的斜率为k2,且k1*k2=-1,那么我们称l1与l2垂直。

因此,如果我们要找出XY平面中M条线段与N条垂直线的交点计数,我们需要先求出这些线段的端点,然后通过求解线段所在直线的交点来计算答案。

具体来说,我们可以将问题分解为两个子问题:计算端点和计算交点。下面分别介绍这两个子问题的解决方法。

计算端点

给定一条线段的两个端点P1(x1,y1)和P2(x2,y2),我们可以求出该线段所在直线的一般式方程:

Ax+By+C=0

其中,

A=y2-y1

B=x1-x2

C=x2y1-x1y2

这是因为,两点式方程y-y1=k(x-x1)可以化为一般式方程Ax+By+C=0。

有了一般式方程,我们就可以计算出该直线与X轴和Y轴的交点。

与X轴的交点为:

x=-C/A,y=0

与Y轴的交点为:

x=0,y=-C/B

这两个交点就是该线段的两个端点。

对于所有的线段,我们可以按照如下方式来计算它们的端点:

for i in range(M):
    x1,y1,x2,y2 = map(int, input().split())
    A,B,C = y2-y1, x1-x2, x2*y1-x1*y2
    x1p, y1p = -C/A, 0
    x2p, y2p = 0, -C/B

其中,x1,y1,x2,y2分别表示线段的两个端点的坐标,A,B,C分别为一般式方程Ax+By+C=0的系数,x1p,y1p和x2p,y2p分别表示线段的两个端点的交点。

计算交点

有了线段的端点,我们就可以计算出所有线段所在直线的方程,然后求解它们的交点。

我们可以用一个字典来记录每个交点的出现次数。由于交点可能不在给出的线段之间,所以我们要在求交点时判断一下它是否在矩形之内。

具体来说,对于每条垂线,我们可以用它的x坐标来遍历所有线段,找出与它相交的线段,然后计算出它们的交点,并检查它是否在矩形内。如果在,则将该交点的出现次数加一。

代码如下:

cnt = {}
for i in range(N):
    x = int(input())
    for j in range(M):
        if (x1[j] <= x <= x2[j] or x2[j] <= x <= x1[j]):
            A,B,C = y2[j]-y1[j], x1[j]-x2[j], x2[j]*y1[j]-x1[j]*y2[j]
            y = -(A*x+C)/B
            if y1[j] <= y <= y2[j] or y2[j] <= y <= y1[j]:
                if (x,y) not in cnt:
                    cnt[(x,y)] = 0
                cnt[(x,y)] += 1

其中,x1,y1,x2,y2和A,B,C的含义与上面的代码段一致。

得到所有交点后,我们只需要将它们的出现次数相加即可:

ans = sum(cnt.values())
print(ans)
完整代码
# 计算XY平面中M条线段与N条垂直线的交点计数

# 计算线段的端点
for i in range(M):
    x1,y1,x2,y2 = map(int, input().split())
    A,B,C = y2-y1, x1-x2, x2*y1-x1*y2
    x1p, y1p = -C/A, 0
    x2p, y2p = 0, -C/B

# 计算交点的出现次数
cnt = {}
for i in range(N):
    x = int(input())
    for j in range(M):
        if (x1[j] <= x <= x2[j] or x2[j] <= x <= x1[j]):
            A,B,C = y2[j]-y1[j], x1[j]-x2[j], x2[j]*y1[j]-x1[j]*y2[j]
            y = -(A*x+C)/B
            if y1[j] <= y <= y2[j] or y2[j] <= y <= y1[j]:
                if (x,y) not in cnt:
                    cnt[(x,y)] = 0
                cnt[(x,y)] += 1

# 计算总交点数并输出答案
ans = sum(cnt.values())
print(ans)

以上就是解决这个问题的完整代码。注意,上面的代码中只包含了核心部分,如果需要进行输入输出等处理,还需要对代码进行适当的扩展。