计算几何中,判断线段是否相交是最基本的题目。 所谓几何, 最基本的当然就是坐标, 从坐标中我们可以知道位置和方向,比如:一个点就是一个位置,两点确定一条直线,从某点指向另一点的有向线段所在的直线是一向量。要处理几何题,我们又不得不涉及到叉积和点积, 判断线段相交就要用到叉积。
下面先讲讲相交的形式:
说到线段, 我们很自然想到直线,判断两条直线是否相交只需判断它们斜率是否相等,相等就为平行或重合, 不等就相交(注:判断相交我们不采用除法,因为除法容易产生浮点误差,当两条直线斜率接近时,很容易出错。 事实上,几乎所有几何题都不建议采用除法)。
线段相交有两种形式:
规范相交和 非规范相交 。 区别就是交点是否是其中一条线段的端点,不是的是规范相交。
叉积的概念: 设向量 a(x1, y1) 、 b(x2, y2) ;
a x b = x1*y2 - x2*y1; (与数学中的叉积不太一样)
判断线段相交比较繁琐,主要就是判断异侧:
我们以一条线段的一端点为起点,沿着线段方向看去(一条射线),在左手边为逆时针方向,右手边为顺时针方向。如果另一线段两端点分别在这一线段的两侧,那么线段可能相交(也可能在线段外),否则不可能相交。对另一线段采用相同方法就可判断出是否相交了。
这个过程主要通过叉积来判断: 叉积大于 0 ,在点在向量的顺时针方向,小于 0 , 在逆时针方向 ; 等于 0, 端点在直线上。
具体实现:
设:线段 a :P1(x1, y1)、P2(x2, y2) 线段 b: Q1(x3, y3)、Q2(x4, y4)
d1 ====> (P2 - P1) x (Q1 - P1) (叉积)
d2 ====> (P2 - P1) x (Q2 - P1) (叉积)
d3 ====> (Q2 - Q1) x (P1 - Q1) (叉积)
d4 ====> (Q2 - Q1) x (P2 - P1) (叉积)
首先,先判断端点是否在另一线段上。
然后,我们只需判断 d1 * d2 < 0 并且 d3 * d4 < 0 便可判断线段相交。
1 #define cs const
2 #define cp const P&
3 #define op operator
4 const double eps = 1e-8;
5 inline int sig(double x) {return (x>eps)-(x<-eps);}
6
7 struct P{
8 double x, y;
9 void in() { scanf("%lf%lf", &x, &y); }
10 P(double x=0.0, double y=0.0) : x(x), y(y) {}
11
12 P op-(cp a)cs { return P(x-a.x, y-a.y); }
13 double op^(cp a)cs { return x*a.y - y*a.x; } //叉积
14 double op*(cp a)cs {return x*a.x + y*a.y;}
15
16 double cross(P a, P b) { return (a-*this) ^ (b-*this); }
17 double dot(P a, P b) { return (a-(*this)) * (b-(*this)); }
18 bool on_seg(P a, P b) { return !sig(cross(a, b)) && sig(dot(a, b)) <= 0; }//判断是否在点上
19 };
20
21 bool seg(P a, P b, P c, P d) { //判断相交(a - b)线段 、(c - d)线段
22 if(a.on_seg(c, d) || b.on_seg(c, d) || c.on_seg(a, b) || d.on_seg(a, b))
23 return true;
24 return sig(a.cross(b, c)*a.cross(b, d)) < 0 && sig(c.cross(d, a)*c.cross(d, b)) < 0;
25 }
训练题:杭电oj 1086 :
题目链接:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1086