闵可夫斯基和学习笔记+洛谷4557 JSOI2018游戏 (闵可夫斯基和+凸包)

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自闭了一上午。

sro Creed orz

sro suncongbo orz

真的无敌

首先,在做这个题之前,先来介绍闵可夫斯基和的相关知识,



m

i

n

k

o

w

s

k

i

 

s

u

m

minkowski\ sum






m


i


n


k


o


w


s


k


i




s


u


m





是两个欧几里得空间的点集的和。

假设我们定义两个点集



A

A






A









B

B






B





的闵可夫斯基和表示为点集



C

(

a

+

b

 

a

A

,

b

B

C(a+b\ | a\in A,b\in B)






C


(


a




+








b







a













A


,




b













B









其实就是点集中的点两两做和,然后构成一个新的点集。

这里我们讨论凸包的闵可夫斯基和

一个比较显然的性质就是,两个凸包的闵可夫斯基和还是一个凸包

在这里插入图片描述

搬了一个网上的图。

暴力的复杂度是



O

(

n

2

)

O(n^2)






O


(



n










2









)





的,我们考虑怎么优化这个东西。

一般的做法都是这样的,我们观察上图,不难发现,可以直接把原来两个凸包上的所有的向量,按照逆时针方向全部拎出来,然后按照极角(从x的正半轴开始的极角)排序,顺次加入即可。

这样复杂度是



O

(

n

l

o

g

n

)

O(nlogn)






O


(


n


l


o


g


n


)





bool cmp1(Point a,Point b)
{
	int x = get(a),y=get(b);
	if (x!=y) return x>y;
	if(chacheng(a,b)>=0) return 1;
	else return 0;
}

void minkowski()
{
  lyf[1]=x[1]+y[1];
  cnt=1;
  sort(l+1,l+1+tmp,cmp1);
  for (int i=1;i<=tmp;i++) ++cnt,lyf[cnt]=lyf[cnt-1]+l[i];
  cnt--;
  ymh=lyf[1];
}

这里这个



c

m

p

cmp






c


m


p





函数还是要注意一下的,因为对于



y

y






y





的正负不同的,要优先是正的。

那么现在我们该如何判断一个点是不是在凸包内部呢?

这时候考虑二分,找到这个点对应的极角最近的两个点,然后判断这个点和那两个点的向量之间的位置关系,如果是在



l

y

f

[

p

o

s

]

l

y

f

[

p

o

s

+

1

]

lyf[pos]\rightarrow lyf[pos+1]






l


y


f


[


p


o


s


]













l


y


f


[


p


o


s




+








1


]





左边,那么就是合法,否则就是不合法

还需要特判一下这个点是不是在最左下角的点的左下的位置,如果是在左下,还是不合法的。

bool erf(Point nyd)
{
	if (chacheng(lyf[cnt]-lyf[1],nyd-lyf[1])>0 || chacheng(lyf[2]-lyf[1],nyd-lyf[1])<0) return 0;
	int l=1,r=cnt;
	int pos=0;
	while (l<=r)
	{
		int mid = l+r >> 1;
		if (chacheng(lyf[mid]-ymh,nyd-ymh)>0 || (chacheng(lyf[mid]-ymh,nyd-ymh)==0 && dis(lyf[mid],ymh)<=dis(nyd,ymh))) pos=mid,l=mid+1;
		else r=mid-1; 
	}
//	cout<<pos<<endl;
	if (chacheng(lyf[pos+1]-lyf[pos],nyd-lyf[pos])>=0) return 1;
	else return 0;
}

那么回到这个题

我们发现,把题目转化之后,实际上就是对于每一个询问,求将点集



b

b






b





平移



(

d

x

,

d

y

)

(dx,dy)






(


d


x


,




d


y


)





这个向量之后,是否和点集



a

a






a





是有交的。

首先,不难发现,如果存在交点,那么一定是和凸包上的点有关系的,就可以忽略内部的点,我们不妨先对于两个点集求一个凸包。

那我们令



p

p






p





表示



(

d

x

,

d

y

)

(dx,dy)






(


d


x


,




d


y


)






那么如果存在交点,那么存在一个点满足




b

+

p

=

a

b+p=a






b




+








p




=








a









p

=

a

+

(

b

)

p=a+(-b)






p




=








a




+








(





b


)




可以看出,这是一个闵可夫斯基和的形式,那么我们对于



A

A






A









B

B






B





(所有点的横纵坐标都取负)求一个闵可夫斯基和,然后看一看这个



p

p






p





是否是在新形成的凸包里面,如果在,说明至少存在一个交点。即可,总的来说细节真的很多。

qwq

包括闵可夫斯基和的起始点和排序之类的过程。

直接给代码

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<cmath>
#include<queue>
#include<map>
#include<set>
#define mk make_pair
#define ll long long
#define int long long
using namespace std;
inline int read()
{
  int x=0,f=1;char ch=getchar();
  while (!isdigit(ch)) {if (ch=='-') f=-1;ch=getchar();}
  while (isdigit(ch)) {x=(x<<1)+(x<<3)+ch-'0';ch=getchar();}
  return x*f;
}
const int maxn = 4e5+1e2;
const int inf = 1e9;
struct Point{
	int x,y;
};
struct Line
{
   Point x,y;
};
Point a[maxn],b[maxn];
int n,m,q;
int numx,numy;
Point ymh;
Point st[maxn];
Point x[maxn],y[maxn];
Point lyf[maxn];
Point l[maxn];
int tmp1;
int tmp,top;
int cnt=0;
Point operator + (Point a,Point b)
{
	return (Point){a.x+b.x,a.y+b.y};
}
Point operator - (Point a,Point b)
{
	return (Point){a.x-b.x,a.y-b.y};
}
Line count(Point x,Point y)
{
    return (Line){x,y};
}
int chacheng(Point a,Point b)
{
	return a.x*b.y-a.y*b.x;
} 
int dis(Point a,Point b)
{
	Point now = a-b;
	return now.x*now.x+now.y*now.y;
}
bool cmp(Point a,Point b)
{
	int now = chacheng(a-ymh,b-ymh);
	if(now>0) return 1;
	if(now<0) return 0;
    else
	{
		int d1 = dis(a,ymh);
		int d2 = dis(b,ymh);
		return d1<d2; 
	}  
}
void solve(int n)
{
	int mn = inf,pos=0;
	for (int i=1;i<=n;i++) if (a[i].y<mn ||(a[i].y==mn && a[i].x<a[pos].x)) mn=a[i].y,pos=i;
	swap(a[pos],a[1]);
	ymh=a[1];
	sort(a+1,a+1+n,cmp);
	a[n+1]=a[1];
	top=1;
	st[top]=a[1];
	for (int i=2;i<=n+1;i++)
	{
		while(top>1 && chacheng(st[top]-st[top-1],a[i]-st[top-1])<=0) top--;
		st[++top]=a[i];
	}
	for (int i=1;i<top;i++) l[++tmp]=st[i+1]-st[i];
	for (int i=1;i<top;i++) x[++numx]=st[i];
}
void solve1(int n)
{
	int mn = inf,pos=0;
	for (int i=1;i<=n;i++) if (b[i].y<mn || (b[i].y==mn && b[i].x<b[pos].x)) mn=b[i].y,pos=i;
	swap(b[pos],b[1]);
	ymh=b[1];
	sort(b+1,b+1+n,cmp);
	b[n+1]=b[1];
	top=1;
	st[top]=b[1];
	for (int i=2;i<=n+1;i++)
	{
		while(top>1 && chacheng(st[top]-st[top-1],b[i]-st[top-1])<=0) top--;
		st[++top]=b[i];
	}
	for (int i=1;i<top;i++) l[++tmp]=st[i+1]-st[i];
	for (int i=1;i<top;i++) y[++numy]=st[i];
}
int get(Point a)
{
	return a.y>=0;
}
bool cmp1(Point a,Point b)
{
	int x = get(a),y=get(b);
	if (x!=y) return x>y;
	if(chacheng(a,b)>=0) return 1;
	else return 0;
}
void minkowski()
{
  lyf[1]=x[1]+y[1];
  cnt=1;
  sort(l+1,l+1+tmp,cmp1);
  for (int i=1;i<=tmp;i++) ++cnt,lyf[cnt]=lyf[cnt-1]+l[i];
  cnt--;
  ymh=lyf[1];
}
bool erf(Point nyd)
{
	if (chacheng(lyf[cnt]-lyf[1],nyd-lyf[1])>0 || chacheng(lyf[2]-lyf[1],nyd-lyf[1])<0) return 0;
	int l=1,r=cnt;
	int pos=0;
	while (l<=r)
	{
		int mid = l+r >> 1;
		if (chacheng(lyf[mid]-ymh,nyd-ymh)>0 || (chacheng(lyf[mid]-ymh,nyd-ymh)==0 && dis(lyf[mid],ymh)<=dis(nyd,ymh))) pos=mid,l=mid+1;
		else r=mid-1; 
	}
	if (chacheng(lyf[pos+1]-lyf[pos],nyd-lyf[pos])>=0) return 1;
	else return 0;
}
signed main()
{
  n=read(),m=read(),q=read();
  for (int i=1;i<=n;i++) a[i].x=read(),a[i].y=read();  
  for (int i=1;i<=m;i++) b[i].x=-read(),b[i].y=-read();
  q=13;
  solve(n);
  solve1(m);
  minkowski();
  for (int i=1;i<=q;i++)
  {
  	  Point nyd;
  	  nyd.x=read();
  	  nyd.y=read();
  	  cout<<erf(nyd)<<"\n";
  }
  return 0;
}



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