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四叉树归并构成VORONOI图的算法

王朝other·作者佚名  2006-01-31
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本算法的思想是,利用均匀网格(本文采用的网格数目为最接近点数的4的倍数),把所有点分入网格中,这些格网中的点构成VORONOI图,采用联机增量算法。然后利用分治算法中的区域合并方法,把所有的小方格所构成的VORONOI图组合起来成为完整的VORONOI图。

伪代码如下:

#ifnotdef voronoi.h

#def voronoi.h

//这里有三个类:point,voronoi,grid。point类用坐标来描述点的位置,voronoi则是平面点所构成的VORONOI图形,而grid是把point分布入其中的那些格网。

class point{

struct position{

int x;

int y;

}

int gridnum;

int seq;

int totalnum;

int gridnum;

}

class voronoi{

struct graph{

CDC Polygon();

}

struct onlineincremeth{

}

}

class grid{

void

int num.range;

int serial;

int totalnum;

int pointnum;

int pointtotalnum;

int layer;

int morton.availabledigit;

int morton.lastdigit;

①使用均匀格网分割构成VORONOI图的算法。

Pref 建立最接近现有点数目,以四的倍数为格子数的均匀格网。以四叉树格式存储格网。

Post 输出点所构成的VORONOI图。

Return Null

1 open file //打开点坐标的存储文件

2 read point.position //读点坐标

3 find_nearestquadronum(poin.totalnum,grid.num);//找到最接近点子总数的4的幂,以此数目作为栅格总数

4 create_grid(grid.num)//创建格网

4 loop(point.seq not exceed poin.totalnum) //依据坐标划分点进入格网

1find point.position in grid.num.range

2 point.gridnum=grid.serial

4 endloop

5 loop(grid.serial not exceed grid.stotalnum) //把格网中的点合并成为VORONOI图

1 loop(grid.pointnum not exceed grid.pointtotalnum)//对所在格网内的点数进行判断

1 If grid.pointnum<=1//如果点数不大于1,跳出循环

2 Break

3 else

4 voronoi_onlineincremeth(point.gridnum = grid.serial)

5 voronoi.gridnum=grid.serial

4 end loop

6 end loop

7 conjoin_voronoi_quartreemeth(voronoi.grid)//采用四叉树网格合并算法

②Conjoin_voronoi_quartreemeth:

Pref 我们首先需要把所有的小格网采用四叉数存储(存储的格式采用四进制的Morton码)

Post 通过把小的格网不断的归并起来,最终构成完整的VORONOI图。

Return VORONOI图

1 grid.layer=getlog(4,grid.num)//求网格的MORTON码的长度

2 loop(grid.layer not less than 1)//利用MORTON码长度进行VORONOI图合并

1 grid.morton.availabledigit= getlog(4,grid.num)-grid.layer+1.//找到栅格的MORTON码的有效末位

2 loop(grid.morton.availabledigit not less than 1) //设置阀值使得栅格的可用MORTON码有效位数不少于1

1 grid.morton.lastdigit=0//栅格MORTON码的最后一位的起始搜索值为0

1 loop(grid.morton.lastdigit not exceed 3)//进行循环来查找位于同一大四叉树网格内的小网格

1 grid1.morton.lastdigit=get(grid1.morton.lastdigit++)

2 grid2.morton.lastdigit=grid1.morton.lastdigit

1 if TRUE= compare (grid1.morton.lastdigit,grid2.morton.lastdigit)

1 voronoi.graph=conjoin_voronoi(grid1,grid2) //采用分治法中的VORONOI合并算法

2 end if

2 End loop

3 End loop

3 End loop

下面我们来分析算法的时间复杂度:

在第一部分的算法中,找出最接近点总数的格网数并创建格网需要花费常数时间,把所有点分入各个格网需要O(n)时间。对于下面部分的时间复杂度不一。最差情况就是O(n2)。

在第二部分算法中,第一步的操作中耗费的时间为O(log4n),后面合并VORONOI图的操作时间复杂度为O[log4n×(log4n+n2)],所以时间复杂度为O[log4n(n2)]。

综上所述,本算法的时间复杂度为O[n+n2+log4n(n2)]=O[log4n(n2)]。

看起来本算法时间耗费好像比较长,其实不一定,经过仔细研究。本算法对于均匀分布的点子算法时间耗费甚至可以降到O(log43n)。以16个点为例,O(log4316)=8,低于16本身。所以此算法适于均匀分布格网点。

 
 
 
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