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數(shù)學心

第三百九十四章 泰森多邊形(計算)

數(shù)學心 蔡澤禹 523 2020-12-27 06:36:24

  荷蘭氣候學家A·H·Thiessen想測量大面積的氣候。

  但是面積太大,需要多個相距很遠的氣象站。

  提出了一種根據(jù)離散分布的氣象站的降雨量來計算平均降雨量的方法,即將所有相鄰氣象站連成三角形,作這些三角形各邊的垂直平分線,于是每個氣象站周圍的若干垂直平分線便圍成一個多邊形。

  用這個多邊形內(nèi)所包含的一個唯一氣象站的降雨強度來表示這個多邊形區(qū)域內(nèi)的降雨強度,并稱這個多邊形為泰森多邊形。泰森多邊形每個頂點是每個三角形的外接圓圓心,泰森多邊形也稱為Voronoi圖。

  泰森多邊形的建立:

  建立泰森多邊形算法的關鍵是對離散數(shù)據(jù)點合理地連成三角網(wǎng),即構建Delaunay三角網(wǎng)。建立泰森多邊形的步驟為:

  1、離散點自動構建三角網(wǎng),即構建Delaunay三角網(wǎng)。對離散點和形成的三角形編號,記錄每個三角形是由哪三個離散點構成的。

  2、找出與每個離散點相鄰的所有三角形的編號,并記錄下來。這只要在已構建的三角網(wǎng)中找出具有一個相同頂點的所有三角形即可。

  3、對與每個離散點相鄰的三角形按順時針或逆時針方向排序,以便下一步連接生成泰森多邊形。設離散點為o。找出以o為頂點的一個三角形,設為A;取三角形A除o以外的另一頂點,設為a,則另一個頂點也可找出,即為f;則下一個三角形必然是以of為邊的,即為三角形F;三角形F的另一頂點為e,則下一三角形是以oe為邊的;如此重復進行,直到回到oa邊。

  4、計算每個三角形的外接圓圓心,并記錄之。

  5、根據(jù)每個離散點的相鄰三角形,連接這些相鄰三角形的外接圓圓心,即得到泰森多邊形。對于三角網(wǎng)邊緣的泰森多邊形,可作垂直平分線與圖廓相交,與圖廓一起構成泰森多邊形。

  泰森多邊形的特性是:

  1,每個泰森多邊形內(nèi)僅含有一個離散點數(shù)據(jù)。

  2,泰森多邊形內(nèi)的點到相應離散點的距離最近。

  3,位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等。

  泰森多邊形可用于定性分析、統(tǒng)計分析、鄰近分析等。

  例如,可以用離散點的性質來描述泰森多邊形區(qū)域的性質;可用離散點的數(shù)據(jù)來計算泰森多邊形區(qū)域的數(shù)據(jù);判斷一個離散點與其它哪些離散點相鄰時,可根據(jù)泰森多邊形直接得出,且若泰森多邊形是n邊形,則就與n個離散點相鄰;當某一數(shù)據(jù)點落入某一泰森多邊形中時,它與相應的離散點最鄰近,無需計算距離。

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