0014算法笔记——【动态规划】凸多边形最优三角剖分

     1、问题相关定义:

     (1)凸多边形的三角剖分将凸多边形分割成互不相交的三角形的弦的集合T。

    (2)最优剖分给定凸多边形P,以及定义在由多边形的边和弦组成的三角形上的权函数w。要求确定该凸多边形的三角剖分,使得该三角剖分中诸三角形上权之和为最小。

     凸多边形三角剖分如下图所示:

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          2、最优子结构性质

     若凸(n+1)边形P={V0,V1……Vn}的最优三角剖分T包含三角形V0VkVn,1<=k<=n,则T的权为三个部分权之和:三角形V0VkVn的权,多边形{V0,V1……Vk}的权和多边形{Vk,Vk+1……Vn}的权之和。如下图所示:

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          可以断言,由T确定的这两个子多边形的三角剖分也是最优的。因为若有{V0,V1……Vk}和{V0,V1……Vk}更小权的三角剖分,将导致T不是最优三角剖分的矛盾。因此,凸多边形的三角剖分问题具有最优子结构性质。

         3、递推关系:

     设t[i][j],1<=i<j<=n为凸多边形{Vi-1,Vi……Vj}的最优三角剖分所对应的权值函数值,即其最优值。最优剖分包含三角形Vi-1VkVj的权,子多边形{Vi-1,Vi……Vk}的权,子多边形{Vk,Vk+1……Vj}的权之和。

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      因此,可得递推关系式:

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     凸(n+1)边形P的最优权值为t[1][n]。

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     程序清单如下:

//3d5 凸多边形最优三角剖分
#include "stdafx.h"
#include <iostream> 
using namespace std; 

const int N = 7;//凸多边形边数+1
int weight[][N] = {{0,2,2,3,1,4},{2,0,1,5,2,3},{2,1,0,2,1,4},{3,5,2,0,6,2},{1,2,1,6,0,1},{4,3,4,2,1,0}};//凸多边形的权

int MinWeightTriangulation(int n,int **t,int **s);
void Traceback(int i,int j,int **s);//构造最优解
int Weight(int a,int b,int c);//权函数

int main()
{
	int **s = new int *[N];  
    int **t = new int *[N];  
    for(int i=0;i<N;i++)    
    {    
        s[i] = new int[N];  
        t[i] = new int[N];  
    } 

	cout<<"此多边形的最优三角剖分值为:"<<MinWeightTriangulation(N-1,t,s)<<endl;  
    cout<<"最优三角剖分结构为:"<<endl;  
    Traceback(1,5,s); //s[i][j]记录了Vi-1和Vj构成三角形的第3个顶点的位置

	return 0;
}

int MinWeightTriangulation(int n,int **t,int **s)
{
	for(int i=1; i<=n; i++)
	{
		t[i][i] = 0;
	}
	for(int r=2; r<=n; r++) //r为当前计算的链长(子问题规模)  
	{
		for(int i=1; i<=n-r+1; i++)//n-r+1为最后一个r链的前边界  
		{
			int j = i+r-1;//计算前边界为r,链长为r的链的后边界  

			t[i][j] = t[i+1][j] + Weight(i-1,i,j);//将链ij划分为A(i) * ( A[i+1:j] )这里实际上就是k=i

			s[i][j] = i;

			for(int k=i+1; k<j; k++)
			{
				//将链ij划分为( A[i:k] )* (A[k+1:j])   
				int u = t[i][k] + t[k+1][j] + Weight(i-1,k,j);
				if(u<t[i][j])
				{
					t[i][j] = u;
					s[i][j] = k;
				}
			}
		}
	}
	return t[1][N-2];
}

void Traceback(int i,int j,int **s)
{
	if(i==j) return;
	Traceback(i,s[i][j],s);
	Traceback(s[i][j]+1,j,s);
	cout<<"三角剖分顶点:V"<<i-1<<",V"<<j<<",V"<<s[i][j]<<endl;
}

int Weight(int a,int b,int c)
{
	 return weight[a][b] + weight[b][c] + weight[a][c];
}

     程序输入如下所示:

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     运行结果如图:

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    原文作者:动态规划
    原文地址: https://blog.csdn.net/liufeng_king/article/details/8639376
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