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#include<iostream>

#include<math.h>

#include<vector>

#include<algorithm>

#include<stdio.h>

using namespace std;

const double eps = 1e-10;

const double pi = acos( -1.0 );

const double inf = 1e100;

inline int sig( double x ){

    return (x > eps) - (x < - eps);

}

struct point{

    double x, y, dis, angle;

    point(){}

    point( double x0, double y0 ):x(x0),y(y0){}

    //逻辑运算

    inline bool operator < ( point t )const {

        return sig ( y - t.y ) < 0 || sig ( y - t.y ) == 0 && sig( x - t.x ) < 0 ;

    }

    inline bool operator == ( point t )const{

        return sig ( x - t.x ) == 0 && sig ( y - t.y ) == 0;

    }

    //算术运算

    inline point operator - ( point b){

        return point( x - b.x , y - b.y );

    }

    inline point operator + ( point b ){

        return point( x + b.x, y + b.y );

    }

    inline point operator * ( double t ){

        return point ( x * t , y * t );

    }

    inline point operator / ( double t ){

        return point ( x / t , y / t );

    }

    //求长度

    inline double len(){

        return sqrt( x * x + y * y );

    }

    //长度的平方

    inline double len2(){

        return x * x + y * y ;

    }

    inline double dist( point t ){

        return sqrt( (x - t.x)*(x - t.x) + (y - t.y)*(y - t.y) );

    }

    //输入输出

    int read(){

        return scanf("%lf%lf",&x,&y);

    }

    void out(){

        printf("(%.2lf %.2lf) ",x,y);

    }

};

inline bool _cmp( point a, point b ){

    return sig( a.angle - b.angle ) < 0 || sig( a.angle - b.angle ) == 0 && sig( a.dis - b.dis ) < 0;

}

// 点积

inline double dot( point a, point b ){

    return a.x * b.x + a.y * b.y ;

}

inline double dot( point p , point a, point b ){//这种形式更常用

    return ( a.x - p.x ) * (b.x - p.x) + (a.y - p.y) * (b.y - p.y);

}

//叉积 ,遵循 左手定则(左旋为正)

inline double cross( point a, point b){

    return a.y * b.x - a.x * b.y ;

}

inline double cross( point p , point a, point b){//这种形式更常用

    return (a.y - p.y) *(b.x - p.x) - (a.x - p.x) * (b.y - p.y);

}

//angle > 0 表示逆时针旋转,angle < 0 为顺时针

//矢量pv以p为顶点逆时针旋转angle并放大scale倍

inline point rotate( point v, point p, double angle, double scale ){

    point ret = p;

    v.x -= p.x, v.y -= p.y;

    p.x = scale * cos(angle);   p.y = scale * sin(angle);

    ret.x += v.x * p.x - v.y * p.y;

    ret.y += v.x * p.y + v.y * p.x;

    return ret;

}

//向量 p 的法向量 ,p逆时针旋转90度

inline point faxiang( point p){

    return point( - p.y , p.x );

}

//向量 ab 左移 r 长度

inline point left( point a, point b, double r){

    point ta, tb, tt;

    tt.x = b.y - a.y;       tt.y = a.x - b.x;

    double k = r / sqrt( tt.x * tt.x + tt.y * tt.y );

    tt.x = - tt.x * k;      tt.y = - tt.y * k;

    return tt;

}

//两向量之间的夹角[0,pi] , 乘以 cross( a, b ) 后便成了有向夹角。

inline double point_angle(point a,point b){

    return acos( dot( a, b ) / sqrt( a.len2() * b.len2() ));

    return cross( a, b ) * acos( dot( a, b ) / sqrt( a.len2() * b.len2() ));

}

//点到直线的距离

inline double point_to_line(point p, point a, point b){

    return fabs( cross( a, p, b ) / ( b - a ).len());

}

//返回点p与线段ab的距离,

inline double point_to_seg(point p , point a,point b){

    if ( sig ( dot ( a, p, b ) ) < 0 )//p在a端外

        return ( p - a ).len();

    if ( sig ( dot ( b, p, a ) ) < 0 )//p在b端外

        return ( p - b ).len();

    return point_to_line( p , a , b );//p正对于ab

}

//返回线段ab与线段cd之间的距离,相交(有一个公共点)返回0,交点为p。自己通过<,<=,来处理边界

inline double seg_to_seg ( point a , point b ,point c ,point d,point &p ){

    if( ! ( (sig ( max( a.x , b.x ) - min( c.x , d.x ) ) < 0 ) || ( sig ( max( d.x , c.x ) - min( a.x , b.x ) ) < 0 )

    ||( sig ( max ( a.y , b.y ) - min( c.y , d.y ) ) < 0 ) || ( sig ( max( d.y , c.y ) - min ( a.y , b.y ) ) < 0 ) ) )

    {

        if ( sig ( cross( a, b, c ) * cross ( a, b, d) ) <= 0 && sig ( cross( c, d, a ) * cross ( c, d, b ) ) <= 0 ){

            p = a;

            double t=((a.x-c.x)*(c.y-d.y)-(a.y-c.y)*(c.x-d.x))

                    /((a.x-b.x)*(c.y-d.y)-(a.y-b.y)*(c.x-d.x));

            p.x+=(b.x-a.x)*t;

            p.y+=(b.y-a.y)*t;

            return 0;

        }

    }

    //不相交

    return min( min( point_to_seg( a, c, d ) , point_to_seg( b, c, d ) ), min( point_to_seg( c, a, b), point_to_seg( d, a, b ) ));

}

// 严格相交

inline int seg_insert_line ( point a,  point b,  point c, point d, point & p){

    if ( sig ( cross( c, d, a ) * cross ( c, d, b ) ) < 0 ){

        p = a;

        double t=((a.x-c.x)*(c.y-d.y)-(a.y-c.y)*(c.x-d.x))

                /((a.x-b.x)*(c.y-d.y)-(a.y-b.y)*(c.x-d.x));

        p.x+=(b.x-a.x)*t;

        p.y+=(b.y-a.y)*t;

        return 1;

    }

    return 0;

}

// 求向量 a 的极角,角度范围为 [0,pi*2)

double angle( point a ){

    double t = atan2( a.y, a.x );

    return sig( t ) >= 0 ? t : t + pi * 2;

}

// 角度修正函数,根据不同的题目有不同写法和功能

void fix_angle( double & rad ){

    if( sig( rad - pi ) > 0 ) rad -= pi * 2;

    if( sig( rad + pi ) < 0 ) rad += pi * 2;

}


//求直线和园相交。0为相离,1为相切,2为相交,交点v1,v2 ,且 v2到v1是逆时针指向

int cir_insert_line( point c, double r, point a, point b, point &v1, point &v2){

    double h = fabs( cross( a, c, b )/(b - a).len());

    if( sig( h - r ) > 0 )

        return 0;

    point tmp = point ( -(b - a).y, (b - a).x );

    if ( sig( cross( a, c, b )) > 0 )

        tmp.x = - tmp.x , tmp.y = -tmp.y;

    tmp = tmp*( h / tmp.len() );

    point mid = c + tmp;

    if ( sig( h - r ) == 0 ){

        v1 = mid;

        return 1;

    }

    double l2 = ( r * r - h * h );

    tmp = ( b - a );

    tmp = tmp * sqrt( l2 / tmp.len2() );

    v1 = tmp + mid; tmp.x = - tmp.x;

    tmp.y = - tmp.y; v2 = tmp + mid;

    return 2;

}

// 判断点在线段上,条件:pt,pl1,pl2共线

inline bool pt_in_seg( point pt, point pl1, point pl2 ){

    return ( sig( dot(pl1,pt,pl2)) >= 0 && sig( dot(pl2,pt,pl1) ) >= 0 );

}

// 判断点在线段上(不含端点),条件:pt,pl1,pl2共线

inline bool pt_in_segs( point pt, point pl1, point pl2 ){

    return ( sig( dot(pl1,pt,pl2)) > 0 && sig( dot(pl2,pt,pl1) ) > 0 );

}

inline int pt_line( point p1, point p2 , point &ret ){

    ret.y = p2.x  - p1.x; ret.x = p1.y - p2.y;

    ret.dis = - dot( p1, ret );

    return 0;

}

//求直线和园相交。0为相离,1为相切,2为相交,交点v1,v2 ,且 v2到v1是逆时针指向

int lcins(point po,double r,point pl1,point pl2,point &ret1,point &ret2)

{

    point vl;

    double tmp1, tmp2;

    pt_line( pl1, pl2, vl );

    tmp1 = dot( vl, po ) + vl.dis;

    double ab = vl.len2(), mdis2 = ab * r * r - tmp1 * tmp1 ;

    if( sig( mdis2 ) < 0 )

        return 0;

    else

    {

        tmp1 = ( vl.y * cross( vl, po ) - vl.dis * vl.x );

        tmp2 = ( vl.x * cross( po, vl ) - vl.dis * vl.y );

        if ( sig( mdis2 ) <= 0 )

        {

            ret1.x = tmp1 / ab ; ret1.y = tmp2 / ab ;

            return 1;

        }

        else

        {

            double sq = sqrt( mdis2 );

            ret1.x = ( tmp1 + vl.y * sq ) / ab; ret1.y = ( tmp2 - vl.x * sq ) / ab;

            ret2.x = ( tmp1 - vl.y * sq ) / ab; ret2.y = ( tmp2 + vl.x * sq ) / ab;

            return 2;

        }

    }

}

// 半径为r,圆心在原点的圆,与三角形 ps,pe,o的相交面积。

double area_c2p( double r, point ps, point pe ){

    double d1 = ps.len2(), d2 = pe.len2(), r2 = r * r;

    double rad1, rad2, drad;

    if ( d1 <= r2 && d2 <= r2 ) return cross( pe, ps ) * .5;

    point po(0,0), ins1, ins2;

    rad1 = angle( ps ); rad2 = angle( pe );

    drad = rad2 - rad1; fix_angle( drad );

    int nins = cir_insert_line( po, r, ps, pe, ins1, ins2 );

    if( nins <= 1 ) return drad*.5*r*r;

    if(( sig( dot( ps, ins1, pe ) ) < 0 && sig( dot( ps, ins2, pe) ) < 0 )

      ||( sig( dot( pe, ins1, ps) ) < 0 && sig( dot( pe, ins2, ps ) ) < 0 ))

        return drad*.5*r*r;

    else if( pt_in_seg( ins1, ps, pe ) && pt_in_seg( ins2, ps, pe ))

    {

        double radi1, radi2, drad2, ret;

        if ( pt_in_segs( ins1, ps, ins2 ))

        {

            radi1 = angle( ins1 ); radi2 = angle( ins2 );

            ret = cross( ins2, ins1 ) * .5;

        }

        else

        {

            radi1 = angle( ins2 ); radi2 = angle( ins1 );

            ret = cross( ins1, ins2 ) * .5;

        }

        drad = radi1 - rad1;

        fix_angle( drad );

        drad2 = rad2 - radi2;

        fix_angle( drad2);

        return ret + ( drad + drad2 ) * .5 * r * r;

    }

    else

    {

        point pins, pout;

        double radi;

        if ( sig( dot( ps, ins1, pe )) < 0

        || sig( dot( pe, ins1, ps )) < 0 )

        {

            pins = ins2, pout = ins1;

        }

        else

        {

            pins = ins1, pout = ins2;

        }

        radi = angle( pins );

        if ( sig( dot( pe, pout, ps ) ) < 0 )

        {

            drad = radi - rad1; fix_angle( drad );

            return cross ( pe, pins ) * .5 + drad * .5 * r * r;

        }

        else

        {

            drad = rad2 - radi; fix_angle( drad );

            return cross( pins, ps ) * .5 + drad * .5 * r * r;

        }

    }

}


//半径为r圆,圆心在原点上的圆与多边形的相交面积

double area_cpoly( double r, point p[], int n ){

    int i; double ret = 0;

    p[n] = p[0];

    for ( i = 1 ; i <= n ; i ++ )

        ret += area_c2p( r, p[i-1], p[i] );

    return ret;

}


//求圆和圆相交,返回交点个数, 两圆重合返回 -1

inline int cir_insert_cir( point c1, double r1,point c2, double r2, point &p1, point &p2 ){

    double dist = c1.dist( c2 ) , tmp;

    if ( sig ( dist - r1 - r2 ) > 0 )// 外离

        return 0;

    double r_min = min( r1, r2 ), r_max = max( r1, r2 );

    if ( dist < r_max && sig ( dist + r_min - r_max ) < 0 )

        return 0;// 内离

    if ( sig( dist - r1 - r2 ) == 0 ){// 外切

        p1 = c1 + (c2 - c1)*(r1)/(dist);

        return 1;

    }

    if ( dist < r_max && sig ( dist + r_min - r_max ) == 0 ){// 内切

        if( sig( dist ) == 0 )

            return -1; // 两圆重合

        p1 = c1 + (c2 - c1)*(r_max)/( dist );

        return 1;

    }

    point u, v;

    double t;

    t = (1.+(r1*r1-r2*r2)/dist/dist)/2;

    u.x = c1.x+(c2.x-c1.x)*t;     u.y = c1.y+(c2.y-c1.y)*t;

    v.x = u.x+c1.y-c2.y;          v.y = u.y-c1.x+c2.x;

    cir_insert_line(c1,r1,u,v,p1,p2);

    return 2;

}

//求圆上两点之间的最小距离

inline double cir_dist( point a, point b, point c, double r){

    double sita = point_angle( ( a - c ), ( b - c ) );

    return r * sita;

}

//多边形

struct polygon{

    static const int MAXN = 10510;//多边形大小


    point p[MAXN] ;

    int n ;


    // 构造函数

    polygon(){ n = 0 ; }

    // 在多边形末尾加点

    void add( point & t ){

        this->p[ n ++ ] = t;

    }

    // 求面积,逆时针为正,顺时针为负

    inline double area(){

        double sum = 0 ;

        p[n] = p[0];

        for ( int i = 0 ; i < n ; i++ )

            sum += cross( p[ i + 1 ] , p[ i ] );

        return sum * .5 ;

    }

    // 将多边形转为反向

    inline int turn_back(){

        double tmp = area();

        if( sig( tmp ) < 0 )

            for ( int i = 0; i < n / 2 ; i ++ )

                swap( p[i], p[n - i - 1] );

        return sig( tmp );

    }

    //求点集的凸包,存于 多边形con中 ,原多边形将乱序

    inline int convex( polygon & con ){

        int t = 0, i;

        point tmp;

        for( i = 1 ; i < n ; i ++ )

        {

            if( p[i] < p[t] )//先 y 值最小,再x值最小处理

            t = i;

        }

        swap( p[t], p[0] );

        for( i = 0 ; i < n ; i ++ )

        {

            tmp = p[i] - p[0];

            p[i].dis = tmp.len2();

            p[i].angle = atan2( tmp.y, tmp.x );

        }

        sort( p, p + n, _cmp );

        int k = 0;

        con.p[ k ++ ] = p[n-1];

        con.p[ k ++ ] = p[0];

        if( sig( p[1].angle - p[n-1].angle ) == 0 )//凸包为一线段

            con.p[ k ++ ] = p[ n - 1];

        else

        {

            for ( i = 1 ; i < n ; i ++ )

                if( sig( cross( con.p[k-1], con.p[k-2], p[i] )) > 0 )

                    con.p[ k ++ ] = p[i];

                else

                    i -- , k -- ;

        }

        k -- ;

        con.n = k;

        return k;

    }

    // 求多边形重心

    inline point tri_centroid( point a, point b, point c ){

        point t( 0, 0 );

        t.x = ( a.x + b.x + c.x ) / 3 ;

        t.y = ( a.y + b.y + c.y ) / 3 ;

        return t;

    }

    inline point poly_centroid()

    {

        int i;

        double area = 0, tmp ;

        point rel( 0, 0 );

        for ( i = 1 ; i < n - 1 ; i ++ )

        {

            tmp = cross( p[0], p[i], p[ i + 1 ] );

            area += tmp;

            rel = ( tri_centroid( p[0], p[i], p[i+1] ) * tmp ) + rel;

        }

        if ( sig ( area ) != 0 )

            rel = rel / area;

        return rel;

    }

    inline int read(){

        int t = scanf("%d",&n);

        if ( t == EOF )

            return t;

        for( int i = 0 ; i < n ; i ++ )

            p[ i ].read();

        return n;

    }

    inline void out(){

        printf("%d\n",n);

        for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ )

        {

            p[i].out();

            cout<<endl;

        }

    }

    //  直线st->ed,切割多边形,留下st->ed左边的部分,q[]为辅助数组。

    void cut( point st, point ed, point q[] )

    {

        int i, j, k;

        point tmp;

        k = 0;

        p[n] = p[0];

        for ( j = 0 ; j < n ; j ++ )

        {

            if ( sig( cross( st, ed, p[j] ) ) <= 0 )

                q[ k ++ ] = p[j];

            if ( seg_insert_line( p[j], p[j+1], st, ed, tmp ) )

                q[ k ++ ] = tmp;

        }

        n = k;

        for ( j = 0 ; j < n ; j ++ )  p[j] = q[j];

    }

    // O(n^2) 的半平面求交,多边形上的点逆时针输入

    polygon half_plane2(){

        turn_back();

        polygon tmp;

        p[ n ] = p[ 0 ];

        tmp = * this ;

        point q[ MAXN ];

        for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ )

        {

            tmp.cut( p[i], p[i+1], q );

        }

        return tmp;

        //  tmp.n 为0的时候 ,无交集,即多边形的核

    }

};


posted on 2009-08-24 22:58 Huicpc217 阅读(360) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: 模板计算几何

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