三角形のフェルマー点を計算する


13

これは、三角形の中心に多少似ていますが、異なる点があります。フェルマーポイント AP + BP + CPの値が最小となるような三角形ABCの点Pです。次の2つのケースがあります。

120度を超える角度がある場合、その頂点はフェルマーポイントです。それ以外の場合は、ABCの各辺に正三角形を描きます。各正三角形の遠い頂点を三角形ABCの​​反対の頂点に接続します。3つの正三角形のそれぞれに対してこれを行うと、3つの線すべての共通の交点が1つになります。これがフェルマーポイントです。

適切なマシンで5秒以内に実行されるはずです。

入力:3点のセット。必ずしも整数ではありません。これは、ネストされた配列、文字列、タプルのリストなど(あなたの言語に合ったもの)として取ることができます。

出力:フェルマーポイントの座標。ここでも、言語はポイントを最適に処理します。浮動小数点の不正確さは、あなたに対してカウントされません。

テストケース

[[1, 1], [2, 2], [1, 2]] --> [1.2113248654051871, 1.788675134594813]
[[-1, -1], [-2, -1], [0, 0]] --> [-1, -1]
[[-1, -1], [1, -1], [0, 1]] --> [0, -0.42264973081037427]
[[0, 0], [0.5, 0.8660254037844386], [-5, 0]] --> [0, 0]
[[0, 0], [0, -5], [-0.8660254037844386, 0.5]] --> [0, 0]

これはコードゴルフなので、最短のコードが勝ちます!


1
すべてのポイントを浮動小数点精度の増分で試し、合計距離を最小化するポイントを選択しても大丈夫ですか?
xnor

1
@xnor 5秒以内にできる場合。
soktinpk

出力を何桁まで有効にする必要がありますか?また、-0.0いくつか0.0のの代わりに出力があれば大丈夫ですか?
R.ガプス

@R。Kap私は5つか6つの有効数字について言いたいです。丸め誤差が問題になるほど多くはありません。2番目の質問については、それで問題ないようです。
soktinpk

回答:


3

ハスケル、346 291 285バイト

infixl 5£
z=zipWith
(?)=z(-)
t[a,b]=[-b,a]
a¤b=sum$z(*)a b
a%b=t a¤b
r a b c=[c%b/a%b,c%a/a%b]
x£y=2*x¤y<= -sqrt(x¤x*y¤y)
f[a,b,c]|a?b£c?b=b|a?c£b?c=c|b?a£c?a=a|[n,m,p,o]<-c?k a b c++a?k b c a=r[m,o][n,p][c%[n,m],a%[p,o]]
k a b c=map(/2)$z(+)a b?map(signum((b?a)%(c?a))*sqrt 3*)(t$b?a)

いくつかの説明と同じコード

infixl 5£
z=zipWith

-- operator ? : difference of two vectors
(?)=z(-)            

-- function t : rotate a vector by +90 degrees
t[a,b]=[-b,a]       

-- operator ¤ : scalar product of two vectors ( a¤b = a0 * b0 + a1 * b1 )
a¤b=sum$z(*)a b     

-- operator % : "cross product" of two vectors ( a%b = a0 * b1 - a1 * b0 )
--      this returns actually the z coordinate of the 3d cross vector
--      other coordinates are nul since a and b are in the xy plan
a%b=t a¤b

-- function r : solves the system of two linear equations with two variables x0,x1 :
--      a0*x0 - b0*x1 = c0
--      a1*x0 - b1*x1 = c1
r a b c=[c%b/a%b,c%a/a%b]

-- operator £ : returns true if the angle between two vectors is >= 120 degrees
--      x¤y = ||x|| * ||y|| * cos(xyAngle)
--      so xyAngle>=120° is equivalent to : x¤y / (||x|| * ||y||) <= -0.5
x£y=2*x¤y<= -sqrt(x¤x*y¤y)

-- function k : takes 3 points A B C of a triangle and constructs the point C' 
--              of the equilateral triangle ABC' which is opposite to C:
--              C' = (A+B)/2 - ((+/-) sqrt(3)/2 * t(AB))
--
--      the sign +/- is given by the sign of the cross vector of AB an AC ((b?a)%(c?a))
--      which is >0 if the angle between AB and AC is positive
--      and <0 otherwise.
k a b c=map(/2)$z(+)a b?map(signum((b?a)%(c?a))*sqrt 3*)(t$b?a)

-- function f : returns the fermat point of a triangle
f[a,b,c]
    |a?b£c?b=b  -- return B if angle ABC >= 120°
    |a?c£b?c=c  -- return C if angle BCA >= 120°
    |b?a£c?a=a  -- return A if angle CAB >= 120°
    |[n,m,p,o]<-c?k a b c++a?k b c a= -- calculate the two segments C'C and A'A
        r[m,o][n,p][c%[n,m],a%[p,o]]  -- return their intersection

テスト:

main = do 
    print $ f [[1, 1], [2, 2], [1, 2]]
    print $ f [[-1, -1], [-2, -1], [0, 0]]
    print $ f [[-1, -1], [1, -1], [0, 1]]
    print $ f [[0, 0], [0.5, 0.8660254037844386], [-5, 0]]
    print $ f [[0, 0], [0, -5], [-0.8660254037844386, 0.5]]

出力:

[1.2113248654051871,1.7886751345948126]
[-1.0,-1.0]
[0.0,-0.42264973081037427]
[0.0,0.0]
[0.0,0.0]

バイトをどのように数えていますか?£と¤はそれぞれUTF-8の2バイトであり、ISO-8859-1を受け入れるHaskellコンパイラーは知りません。(ただし、無料の1バイトASCII演算子がたくさんあるので、これは簡単に修正できます。)
Anders Kaseorg

実際に文字をカウントするエディターでカウントしています。これらが2バイトであることは知りませんでしたが、とにかく、他の1バイト演算子で置き換えることができます。このコードは、GHC 7.8.3でコンパイル
ダミアン

UTF-8でエンコードされたときのようにGHCは、コードをコンパイル£し、¤2つのバイトの演算子としてではなく、ISO-8859-1のようにエンコードされていないとき£¤1つのバイトの演算子として。UTF-8で利用可能な1つのバイトの演算子は!#%&?。2バイト演算子を置き換えるか、バイト数を調整する必要があります。
アンデルスカセオルグ

2

Python、 475 448 440バイト

さらにゴルフへの助けをいただければ幸いです。

from math import *
d=lambda x,y:((x[0]-y[0])**2+(x[1]-y[1])**2)**0.5
s=lambda A,B,C:(d(B,C), d(C,A), d(A,B))
j=lambda a,b,c:acos((b*b+c*c-a*a)/(2*b*c))
t=lambda a,b,c:1/cos(j(a,b,c)-pi/6)
b=lambda A,B,C,p,q,r:[(p*A[i]+q*B[i]+r*C[i])/(p+q+r) for i in [0,1]] 
f=lambda A,B,C:A if j(*s(A,B,C)) >= 2*pi/3 else B if j(*s(B,C,A)) >= 2*pi/3 else C if j(*s(C,A,B)) >= 2*pi/3 else b(A,B,C,d(B,C)*t(*s(A,B,C)),d(C,A)*t(*s(B,C,A)),d(A,B)*t(*s(C,A,B)))

ゴルフをしていない:

from math import *
#distance between two points
d = lambda x,y: ((x[0]-y[0])**2+(x[1]-y[1])**2)**0.5

#given the points, returns the sides 
s = lambda A,B,C : (d(B,C), d(C,A), d(A,B))

#given the sides, returns the angle
j = lambda a,b,c : acos((b*b+c*c-a*a)/(2*b*c))

#given the sides, returns secant of that angle
t = lambda a,b,c: 1/cos(j(a,b,c)-pi/6)

#given the sides and the Trilinear co-ordinates, returns the Cartesian co-ordinates
b = lambda A,B,C,p,q,r: [(p*A[i]+q*B[i]+r*C[i])/(p+q+r) for i in [0,1]] 

#this one checks if any of the angle is >= 2π/3 returns that point else computes the point
f = lambda A,B,C: A if j(*s(A,B,C)) >= 2*pi/3 else B if j(*s(B,C,A)) >= 2*pi/3 else C if j(*s(C,A,B)) >= 2*pi/3 else b(A,B,C,d(B,C)*t(*s(A,B,C)),d(C,A)*t(*s(B,C,A)),d(A,B)*t(*s(C,A,B)))

入力:

print('{}'.format(f([1, 1], [2, 2], [1, 2])))
print('{}'.format(f([-1, -1], [-2, -1], [0, 0])))
print('{}'.format(f([-1, -1], [1, -1], [0, 1])))
print('{}'.format(f([0, 0], [0.5, 0.8660254037844386], [-5, 0])))
print('{}'.format(f([0, 0], [0, -5], [-0.8660254037844386, 0.5])))

出力:

[1.2113248652983113, 1.7886751347016887]
[-1, -1]
[0.0, -0.42264973086764884]
[0, 0]
[0, 0]

2
from math import*かなり一般的なゴルフです。これpiにより、ハードコーディングする代わりに使用することもできます(と同じ長さ2*pi/3)。次のような多くの空白を削除することもできますd=lambda x,y:(...
FryAmTheEggman

2

Python 3.5、1019 1016 998 982 969 953バイト:

from math import*
def H(z,a,b):c=complex;T=lambda A,B:abs(c(*A)-c(*B));d=T(z,a);e=T(z,b);f=T(a,b);g=[d,e,f];h=max(g);g.remove(h);i=acos((sum(i*i for i in g)-(h*h))/(2*g[0]*g[-1]));_=[[z,a],[z,b],[a,b]];j,s,t=cos,sin,atan;N=[[b,a]for a,b in zip([b,a,z],[max(i,key=i.get)if i!=''else''for i in[{(g[0]+(h*j(t(l))),g[1]+(h*s(t(l)))):T(k,(g[0]+(h*j(t(l))),g[1]+(h*s(t(l))))),(g[0]-(h*j(t(l))),g[1]-(h*s(t(l)))):T(k,(g[0]-(h*j(t(l))),g[1]-(h*s(t(l)))))}if l else{(g[0]+h,g[1]):T(k,(g[0]+h,g[1])),(g[0]-h,g[1]):T(k,(g[0]-h,g[1]))}if l==0else''for g,h,l,k in zip([((a[0]+b[0])/2,(a[1]+b[1])/2)for a,b in _],[(3**0.5)*(i/2)for i in[d,e,f]],[-1/p if p else''if p==0else 0for p in[((a[1]-b[1])/(a[0]-b[0]))if a[0]-b[0]else''for a,b in _]],[b,a,z])]])if b!=''];I=N[0][0][1];J=N[0][0][0];K=N[1][0][1];G=N[1][0][0];A=(N[0][1][1]-I)/(N[0][1][0]-J);B=I-(A*J);C=(K-N[1][1][1])/(G-N[1][1][0]);D=K-(C*G);X=(D-B)/(A-C);Y=(A*X)+B;return[[X,Y],[[a,b][h==d],z][h==f]][i>2.0943]

他の答えに比べて信じられないほど長いですが、ちょっと、少なくともそれは動作します!これは私がこれまでにやった最も困難な挑戦の一つにならなければならなかったので、私は得た結果に満足することができなかった。それが実際に機能することをとても嬉しく思います!:Dさて、より技術的な注意事項へ:

  • この関数は、順序付けられた各ペアをリストまたはタプルとして受け取ります。たとえば、H((1,1),(2,2),(1,2))動作しますが、動作しますH([1,1],[2,2],[1,2])
  • 120°以上の角度が存在するかどうかに応じて、整数のリストまたは浮動小数点のいずれかでポイントの座標を出力します。
  • これは、一部の入力の-0.0代わりに出力される場合があります0.0。たとえば、入力の出力[-1, -1], [1, -1], [0, 1][-0.0, -0.4226497308103744]です。これで問題ないことを願っていますが、そうでない場合は変更しますが、数バイトはかかります。OPで確認されたとおり、これは問題ありません
  • 少なくともに正確まででなければなりません1314重要な数字。

これからもっとゴルフをしてみます。おそらく非常に長い説明がすぐに来ます。

オンラインでお試しください!(イデオン)


1

Mathematica、39バイト

Sum[Norm[p-{x,y}],{p,#}]~NArgMin~{x,y}&

頂点と点の間の距離に基づいて方程式を作成し{x,y}ます。次に、NArgMin関数を使用して、その方程式のグローバル最小値を見つけます。これは、定義によりフェルマーポイントになります。

例


1
39のバイト、次の最短の答えは285です...
バリント
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