算法设计与优化编程 第十一讲 tetrahedron
来源:互联网 发布:千牛和淘宝有什么区别 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 01:05
tetrahedron
Problem Description
Given four points ABCD, if ABCD is a tetrahedron(四面体), calculate the inscribed(内接) sphere(球) of ABCD.
Input
Multiple test cases (test cases ≤100 ).
Each test cases contains a line of 12 integers [−1e6,1e6] indicate the coordinates of four vertices of ABCD.
Input ends by EOF.
Output
Print the coordinate of the center of the sphere and the radius, rounded to 4 decimal places.
If there is no such sphere, output “O O O O”.
Sample Input
0 0 0 2 0 0 0 0 2 0 2 0
0 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0
Sample Output
0.4226 0.4226 0.4226 0.4226
O O O O
思路:
首先用叉积判断是否四点共面,若四点共面,则不能形成四面体。随后,利用四面体体积公式,海伦公式(求三角形面积),四面体内心公式,求出四面体的内切圆半径和内心。
设四个点是A、B、C、D,那么内切球的圆心可以表示为
||||代表欧几里德的范式,本质是求距离。
注意: 在||(b-a)(c-a)||d中,b-a是求两个点b和a的差,返回值ba点={b.x-a.x,
b.y-a.y,b.z-a.z}。同理,c-a是求两个点c和a的差,返回值ca点={c.x-a.x,
c.y-a.y,c.z-a.z}。(b-a)(c-a)是两个向量ba点和ca点的叉积,返回值baca点=
{(b.y-a.y)(c.z-a.z)-(c.y-a.y)(b.z-a.z),
(b.z-a.z)(c.x-a.x)-(b.x-a.x)(c.z-a.z),
(b.x-a.x)(c.y-a.y)-(b.y-a.y)(c.x-a.x)}
||(b-a)(c-a)||是求向量baca点的长度,返回值=,
= sqrt(((b.y-a.y)(c.z-a.z)-(c.y-a.y)(b.z-a.z))^2
+((b.z-a.z)(c.x-a.x)-(b.x-a.x)(c.z-a.z))^2
+( (b.x-a.x)(c.y-a.y)-(b.y-a.y)(c.x-a.x))^2),结果是一个常数e
||(b-a)(c-a)||d是求向量d的倍数乘积,返回值={e*d.x, e*d.y, e*d.z}
还差的函数:常数乘向量,向量加法。
半径r可以表示为
程序代码:
#include <iostream>#include <cstdio>#include <cstdlib>#include <cmath>#include <map>#include <vector>#include <queue>#include <cstring>#include <string>#include <algorithm>using namespace std;typedef long ll;typedef unsigned long ull;#define MM(a,b) memset(a,b,sizeof(a));#define inf 0x7f7f7f7f#define FOR(i,n) for(int i=1;i<=n;i++)#define CT continue;#define PF printf#define SC scanfconst int mod=1000000007;const int N=1e6+100;int n,m,c[N],pre[N],sum[N],a[N],ans[N];struct Point{ ll x,y,z; void read() { scanf("%lld%lld%lld",&x,&y,&z); }}p[6];/*两点相减,在||(b-a)*(c-a)||*d中,b-a是求两个点b和a的差,返回值ba点={b.x-a.x,b.y-a.y,b.z-a.z}Point operator-(Point a,Point b){ return (Point){b.x-a.x,b.y-a.y,b.z-a.z};}*/Point operator-(Point a,Point b){ Point m; m.x=b.x-a.x; m.y=b.y-a.y; m.z=b.z-a.z; return m;}/*两点叉积,(b-a)*(c-a),ba,ca的叉积,{a.y*b.z-b.y*a.z,a.z*b.x-a.x*b.z,a.x*b.y-a.y*b.x}Point cross(Point a,Point b){ return (Point){a.y*b.z-b.y*a.z,a.z*b.x-a.x*b.z,a.x*b.y-a.y*b.x};}*/Point cross(Point a,Point b){ Point n; n.x=a.y*b.z-b.y*a.z; n.y=a.z*b.x-a.x*b.z; n.z=a.x*b.y-a.y*b.x; return n;} //点到原点的距离,||(b-a)*(c-a)||是求向量baca点的长度,结果是一个常数,||·||欧几里得的范式,本质是求距离double dis(Point a){ return sqrt(a.x*a.x+a.y*a.y+a.z*a.z);}//两个向量的点积double dot(Point a,Point b){ return a.x*b.x+a.y*b.y+a.z*b.z;} //判断是否共面,共面dot(m,c-a)为0double pointtoface(Point c,Point a,Point b,Point d){ Point m=cross(b-a,d-a); return dot(m,c-a)/dis(m);}//三维几何中点到面的距离利用 向量a*向量b=|a|*|b|cos(ang)int main(){ long double s[5]; //输入四个点的坐标 while(~scanf("%lld%lld%lld",&p[1].x,&p[1].y,&p[1].z)) { p[2].read(); p[3].read(); p[4].read(); //判断是否共面,(b-a)*(c-a)与d求点积,点积为0则共面 if(dot(cross(p[2]-p[1],p[3]-p[1]),p[4])==0) {printf("O O O O\n"); CT;} double ts=0; //求面积 //(c-b)*(d-b) s[1]=dis(cross(p[3]-p[2],p[4]-p[2]))/2; //(c-a)*(d-a) s[2]=dis(cross(p[3]-p[1],p[4]-p[1]))/2; //(b-a)*(d-a) s[3]=dis(cross(p[2]-p[1],p[4]-p[1]))/2; //(c-a)*(b-a) s[4]=dis(cross(p[3]-p[1],p[2]-p[1]))/2; printf("%f %f %f %f \n",s[1],s[2],s[3],s[4]); //求面积和 for(int i=1;i<=4;i++) ts+=s[i]; //求高 double h=pointtoface(p[3],p[1],p[2],p[4]); double r=fabs(s[3]/ts*h); //求坐标 double x=(s[1]*p[1].x+s[2]*p[2].x+s[3]*p[3].x+s[4]*p[4].x)/ts; double y=(s[1]*p[1].y+s[2]*p[2].y+s[3]*p[3].y+s[4]*p[4].y)/ts; double z=(s[1]*p[1].z+s[2]*p[2].z+s[3]*p[3].z+s[4]*p[4].z)/ts; printf("%.4f %.4f %.4f %.4f %.4f\n",ts,x,y,z,r); } return 0;}
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