点到线段的最短距离

点到线段最短距离的运算与点到直线的最短距离的运算二者之间存在一定的差别,即求点到线段最短距离时需要考虑参考点在沿线段方向的投影点是否在线段上,若在线段上才可采用点到直线距离公式,如图1所示。

图1(a)最短距离为点P与其在线段AB上投影C之间的线段PC

(b)最短距离为点P与端点B(或A)所构成的线段PB(或PA)

具体算法主要有以下三种:

1、方法——经典算法

该算法直接用高中时所学习到的解析几何知识对点到线段的距离进行求解。其基本思想是先判断点在线段端点、点在线上等等的特殊情况,逐步的由特殊到一般,当忽略点在线段上的特殊情况时,判断点到线段方向的垂线是否落在线段上的方法是通过比较横纵坐标的方式来判断,最后把不同的判断情况用不同的几何方式来进行处理计算得出结果。

由上面叙述的基本思路可以知道这种算法虽然很容易理解和接受,但从算法的实用性的角度分析还是有很大的缺点的,首先是算法复杂,计算量巨大,大量的比较判断、距离计算、角度计算等等,实际应用中往往是需要求由大量线段组成的折线到某点的最短距离,如此用这样的算法计算量是不能想象的。其次经典算法中使用的一些简化运算的函数不利于语言的重新包装,如果想换编程语言的话,就比较麻烦了。

2、方法二——面积算法

该方法主要是先判断投影点是否在线段上,投影点在线段延长线上时,最短距离长度为点到端点的线段长度;当投影点在线段上时,先使用海伦公式计算三角形面积,再计算出三角形的高,即为最短距离。

运用面积算法求解点到线段最短距离思路很清晰,也很容易理解。从效率方面考虑,比如需要多次计算平方、根号,这对于大量数据进行运算是负担很重的。求面积就必须把三条边长全部求出,并且用到的海伦公式也需要进行开方运算,计算过程显得繁琐。

3、方法三——矢量算法

矢量算法过程清晰,如果具有一定的空间几何基础,则是解决此类问题时应优先考虑的方法。当需要计算的数据量很大时,这种方式优势明显。

由于矢量具有方向性,故一些方向的判断直接根据其正负号就可以得知,使得其中的一些问题得以很简单的解决。

用此方法考虑,我们只需要找到向量在

方向上的投影,具体如下:

上面的是方向上的单位向量,其意义是给所求向量确定方向。是的两个向量的内积,且,其中θ为向量AP与AB之间的夹角。是向量长度。

那么即为上图中线段AC的长度值,不带有方向性。此数值与上述表征方向的整体构成有大小、有方向的新向量,即为在方向上的投影向量,C为投影点。

根据得到的,由向量的方向性可知:如果情况是上图(a)所示,那么0<r<1,;如果是如图(b)所示的情况,那么r>=1,;如果是如图(c)所示的情况,那么得到r≤0;

特殊情况如点在线段上、点在端点、点在线段延长线上等等的情况全部适用于此公式,只是作为特殊情况出现,无需另作讨论。这也是矢量算法思想的优势所在。

故根据r值的不同,最短距离

C#代码为:

publicstaticdoublePointToSegDist(doublex,doubley,doublex1,doubley1,doublex2,doubley2)

{

doublecross = (x2 - x1) * (x - x1) + (y2 - y1) * (y - y1);

if(cross <= 0)returnMath.Sqrt((x - x1) * (x - x1) + (y - y1) * (y - y1));

doubled2 = (x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1);

if(cross >= d2)returnMath.Sqrt((x - x2) * (x - x2) + (y - y2) * (y - y2));

doubler = cross / d2;

doublepx = x1 + (x2 - x1) * r;

doublepy = y1 + (y2 - y1) * r;

returnMath.Sqrt((x - px) * (x - px) + (py - y1) * (py - y1));

}

后记:编程考验的不光是写代码的能力,更多的是对一个问题的优质解决方法,点到线段最短距离的求解,在数学上可能就是一个公式的问题,编程是深究起来却有如此巧妙的解决方法,记录本文方法,更多的是对以后学习的一个启发!

return Math.Sqrt((x-px)*(x-px)+(py-y)*(py-y))

转载自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_5d5c80840101bnhw.html

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 194,088评论 5 459
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 81,715评论 2 371
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 141,361评论 0 319
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 52,099评论 1 263
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 60,987评论 4 355
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 46,063评论 1 272
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 36,486评论 3 381
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,175评论 0 253
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 39,440评论 1 290
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 34,518评论 2 309
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 36,305评论 1 326
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,190评论 3 312
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 37,550评论 3 298
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 28,880评论 0 17
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,152评论 1 250
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 41,451评论 2 341
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 40,637评论 2 335

推荐阅读更多精彩内容