Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong><br />
Mihai-Sorin Stupariu<br />
Sem. I, 2012-2013<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Problema oficiiilor po¸stale<br />
◮ Se consideră o mult¸ime de puncte (oficiile po¸stale) din plan.<br />
Care este cel mai apropiat?<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Formalizare<br />
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Formalizare<br />
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> a lui P (notată Vor(P)) este o divizare a<br />
planului R 2 în n celule V(P1), . . . , V(Pn) cu proprietatea că<br />
P ∈ V(Pi) ⇔ d(P, Pi) ≤ d(P, Pj), ∀j = 1, . . . , n.<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Formalizare<br />
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> a lui P (notată Vor(P)) este o divizare a<br />
planului R 2 în n celule V(P1), . . . , V(Pn) cu proprietatea că<br />
P ∈ V(Pi) ⇔ d(P, Pi) ≤ d(P, Pj), ∀j = 1, . . . , n.<br />
◮ Două celule adiacente au în comun o muchie sau un vârf<br />
(punct de intersect¸ie a muchiilor).<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Formalizare<br />
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> a lui P (notată Vor(P)) este o divizare a<br />
planului R 2 în n celule V(P1), . . . , V(Pn) cu proprietatea că<br />
P ∈ V(Pi) ⇔ d(P, Pi) ≤ d(P, Pj), ∀j = 1, . . . , n.<br />
◮ Două celule adiacente au în comun o muchie sau un vârf<br />
(punct de intersect¸ie a muchiilor).<br />
◮ Atent¸ie! Vârfurile lui Vor(P) sunt diferite de punctele din P.<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Formalizare<br />
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> a lui P (notată Vor(P)) este o divizare a<br />
planului R 2 în n celule V(P1), . . . , V(Pn) cu proprietatea că<br />
P ∈ V(Pi) ⇔ d(P, Pi) ≤ d(P, Pj), ∀j = 1, . . . , n.<br />
◮ Două celule adiacente au în comun o muchie sau un vârf<br />
(punct de intersect¸ie a muchiilor).<br />
◮ Atent¸ie! Vârfurile lui Vor(P) sunt diferite de punctele din P.<br />
◮ Uneori, prin abuz de limbaj, este precizată doar împărt¸irea în<br />
muchii / vârfuri.<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Proprietăt¸i elementare<br />
◮ Celula asociată unui punct este o intersect¸ie de semiplane:<br />
V(Pi) = <br />
h(Pi, Pj),<br />
unde h(Pi, Pj) este semiplanul determinat de mediatoarea<br />
segmentului [PiPj] care cont¸ine punctul Pi.<br />
j=i<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Proprietăt¸i elementare<br />
◮ Celula asociată unui punct este o intersect¸ie de semiplane:<br />
V(Pi) = <br />
h(Pi, Pj),<br />
unde h(Pi, Pj) este semiplanul determinat de mediatoarea<br />
segmentului [PiPj] care cont¸ine punctul Pi.<br />
◮ În particular: fiecare celulă este o mult¸ime convexă.<br />
j=i<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Proprietăt¸i elementare<br />
◮ Celula asociată unui punct este o intersect¸ie de semiplane:<br />
V(Pi) = <br />
h(Pi, Pj),<br />
unde h(Pi, Pj) este semiplanul determinat de mediatoarea<br />
segmentului [PiPj] care cont¸ine punctul Pi.<br />
◮ În particular: fiecare celulă este o mult¸ime convexă.<br />
◮ Aplicabilitate: algoritm (lent) de determinare a diagramei<br />
<strong>Voronoi</strong>.<br />
j=i<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Proprietăt¸i elementare<br />
◮ Celula asociată unui punct este o intersect¸ie de semiplane:<br />
V(Pi) = <br />
h(Pi, Pj),<br />
unde h(Pi, Pj) este semiplanul determinat de mediatoarea<br />
segmentului [PiPj] care cont¸ine punctul Pi.<br />
◮ În particular: fiecare celulă este o mult¸ime convexă.<br />
◮ Aplicabilitate: algoritm (lent) de determinare a diagramei<br />
<strong>Voronoi</strong>.<br />
◮ Comentariu. Forma celulelor depinde de funct¸ia distant¸ă<br />
aleasă.<br />
j=i<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Structura unei diagrame <strong>Voronoi</strong><br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Structura unei diagrame <strong>Voronoi</strong><br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Dacă toate punctele sunt coliniare, atunci diagrama <strong>Voronoi</strong><br />
asociată Vor(P) cont¸ine n − 1 drepte paralele între ele (în<br />
particular, pentru n ≥ 3, ea nu este conexă).<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Structura unei diagrame <strong>Voronoi</strong><br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Dacă toate punctele sunt coliniare, atunci diagrama <strong>Voronoi</strong><br />
asociată Vor(P) cont¸ine n − 1 drepte paralele între ele (în<br />
particular, pentru n ≥ 3, ea nu este conexă).<br />
◮ În caz contrar, diagrama este conexă, iar muchiile sale sunt fie<br />
segmente, fie semidrepte (cui corespund acestea?).<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Structura unei diagrame <strong>Voronoi</strong><br />
◮ Fie P = {P1, P2, . . . , Pn} o mult¸ime de puncte din planul R 2 .<br />
◮ Dacă toate punctele sunt coliniare, atunci diagrama <strong>Voronoi</strong><br />
asociată Vor(P) cont¸ine n − 1 drepte paralele între ele (în<br />
particular, pentru n ≥ 3, ea nu este conexă).<br />
◮ În caz contrar, diagrama este conexă, iar muchiile sale sunt fie<br />
segmente, fie semidrepte (cui corespund acestea?).<br />
◮ Legătură între numărul de vârfuri, respectiv de muchii ¸si<br />
numărul de puncte (nv ≤ 2n − 5, nm ≤ 3n − 6).<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Legătura cu triangulările unghiular optime<br />
◮ Mult¸ime de puncte P<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Legătura cu triangulările unghiular optime<br />
◮ Mult¸ime de puncte P<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> Vor(P)<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Legătura cu triangulările unghiular optime<br />
◮ Mult¸ime de puncte P<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> Vor(P)<br />
◮ Graful dual G(P)<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Legătura cu triangulările unghiular optime<br />
◮ Mult¸ime de puncte P<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> Vor(P)<br />
◮ Graful dual G(P)<br />
◮ Triangulare TP (triangulare Delaunay)<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Legătura cu triangulările unghiular optime<br />
◮ Mult¸ime de puncte P<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> Vor(P)<br />
◮ Graful dual G(P)<br />
◮ Triangulare TP (triangulare Delaunay)<br />
◮ Teoremă. Triangularea Delaunay este unghiular optimă.<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Legătura cu triangulările unghiular optime<br />
◮ Mult¸ime de puncte P<br />
◮ Diagrama <strong>Voronoi</strong> Vor(P)<br />
◮ Graful dual G(P)<br />
◮ Triangulare TP (triangulare Delaunay)<br />
◮ Teoremă. Triangularea Delaunay este unghiular optimă.<br />
◮ Întrebare: Ce se poate spune despre această construct¸ie în<br />
cazul în care punctele mult¸imii P sunt (de exemplu) vârfurile<br />
unui pătrat?<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
◮ Inconvenient: la întâlnirea unui vârf al diagramei, linia de<br />
baleiere nu a întâlnit în că toate siturile (puncte din P) care<br />
determină acest vârf!<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
◮ Inconvenient: la întâlnirea unui vârf al diagramei, linia de<br />
baleiere nu a întâlnit în că toate siturile (puncte din P) care<br />
determină acest vârf!<br />
◮ Adaptare: nu ret¸inem informat¸ia legată de intersect¸ia dintre<br />
linia de baleiere ¸si diagramă, ci doar informat¸ia legată de<br />
partea diagramei care nu mai poate fi influent¸ată de punctele<br />
situate de dincolo de linia de baleiere.<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
◮ Inconvenient: la întâlnirea unui vârf al diagramei, linia de<br />
baleiere nu a întâlnit în că toate siturile (puncte din P) care<br />
determină acest vârf!<br />
◮ Adaptare: nu ret¸inem informat¸ia legată de intersect¸ia dintre<br />
linia de baleiere ¸si diagramă, ci doar informat¸ia legată de<br />
partea diagramei care nu mai poate fi influent¸ată de punctele<br />
situate de dincolo de linia de baleiere.<br />
◮ Concepte:<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
◮ Inconvenient: la întâlnirea unui vârf al diagramei, linia de<br />
baleiere nu a întâlnit în că toate siturile (puncte din P) care<br />
determină acest vârf!<br />
◮ Adaptare: nu ret¸inem informat¸ia legată de intersect¸ia dintre<br />
linia de baleiere ¸si diagramă, ci doar informat¸ia legată de<br />
partea diagramei care nu mai poate fi influent¸ată de punctele<br />
situate de dincolo de linia de baleiere.<br />
◮ Concepte:<br />
◮ beach line / linie parabolică<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
◮ Inconvenient: la întâlnirea unui vârf al diagramei, linia de<br />
baleiere nu a întâlnit în că toate siturile (puncte din P) care<br />
determină acest vârf!<br />
◮ Adaptare: nu ret¸inem informat¸ia legată de intersect¸ia dintre<br />
linia de baleiere ¸si diagramă, ci doar informat¸ia legată de<br />
partea diagramei care nu mai poate fi influent¸ată de punctele<br />
situate de dincolo de linia de baleiere.<br />
◮ Concepte:<br />
◮ beach line / linie parabolică<br />
◮ site event / eveniment de tip locat¸ie (apare un arc de parabolă)<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Generalităt¸i<br />
Proprietăt¸i<br />
<strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong> ¸si triangulări Delaunay<br />
Un algoritm eficient<br />
Algoritmul lui Fortune [1987]<br />
◮ Complexitate: O(n log n).<br />
◮ Principiu (paradigmă): sweep line / linie de baleiere.<br />
◮ Inconvenient: la întâlnirea unui vârf al diagramei, linia de<br />
baleiere nu a întâlnit în că toate siturile (puncte din P) care<br />
determină acest vârf!<br />
◮ Adaptare: nu ret¸inem informat¸ia legată de intersect¸ia dintre<br />
linia de baleiere ¸si diagramă, ci doar informat¸ia legată de<br />
partea diagramei care nu mai poate fi influent¸ată de punctele<br />
situate de dincolo de linia de baleiere.<br />
◮ Concepte:<br />
◮ beach line / linie parabolică<br />
◮ site event / eveniment de tip locat¸ie (apare un arc de parabolă)<br />
◮ circle event / eveniment de tip cerc (dispare un arc de<br />
parabolă)<br />
Mihai-Sorin Stupariu <strong>Diagrame</strong> <strong>Voronoi</strong>
Change language