算法5-6:Kd树

来源:互联网 发布:linux c编程 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 05:08

问题


给定一系列的点,和一个矩形。求矩形中包含的点的数量。


解答


这个问题可以通过建立矩阵来进行求解。首先将一个空间分割成矩阵,将点放置在对应的格子中,再计算矩形覆盖的格子,再判断格子中的点是否包含在矩形中



这种方法的问题是,可能这些点全都集中在一个格子中。这种情况下算法的效率比较低。




这种问题在地图的应用中非常常见。




因此需要引入2D树的概念,使得矩阵的分解会根据点的密度自动适应。


2D树


下图展示了2D树的样子。




2D树的构建


每次加入一个点时,将平面分成两半。




加入第二个点时,由于第二个点在第一个点的右侧,因此在第一个点的右子节点创建一个新的节点。由于父节点是竖直的,所以子节点需要水平分割。




增加更多的点之后,就会形成如下的二叉树。




搜索操作


搜索矩形中包含的点。




搜索的时候需要从根节点开始。从根节点知道,矩形在节点的左侧,因此只需要搜索左侧即可。到了点3,由于矩形覆盖了两边的区域,因此需要搜索两边。一直迭代循环,直到节点搜索完毕为止。


这种算法的平均复杂度是logN,最坏复杂度是sqrtN。


问题


给定一系列点,和一个待测点。求与待测点最近的点。


用2D树的数据结构时,有时可以将搜索范围缩小到一半。


Kd树就是2D树的推广形式,处理二维以上的数据时非常高效。


N体模拟算法


关键思想就是对于单个质点来说,将距离较远的那些点看成一个质点。


具体实现可以参考论文

http://www.cs.montana.edu/courses/spring2005/580/papers/0906008.pdf


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