该题的题意大致为:一个n个角的凸多边形,,用互不相交的弦将其分为一个个的三角形,每个三角形的权值都是由三角形的边和弦组成权值函数w,求解如何划分才能使所有的角上的权值和达到最小。
根据动态规划算法的主要思想,可以把整个问题分成几个子问题,把这些自问题经过处理后得到整个问题的解以及最优解。
假设是一个n边形,有n个顶点,那么需要有n-3条弦将其分为n-2个三角形,从而权值最小。
首先,对该多边形的角进行由0到n的排序其中v0=vn,,可以在多边形内加入弦使得该多边形被分成多个小的多边形,假设大的多边形用t[1][n]表示从角0到角n的权值之和(即最终结果),那么可以把问题分解为:在已经划分好的多边形内,取一个三角形,如上左的图形中取v3,v4,v6,可以保证的是:
t[1][6]+t[5][3]+w(v3,v4,v6)=t[1][7],其中t[1][6],t[5][3]代表的也是经过规划好的多边形v0,v1,v2,v3,v6和多边形v6,v5,v4的最小权值;可以得出,入下推断:
而本问题,也可以用递归算法来进行推断。直到多边形是一个可以计算出权值的三角形为止,如此得到的结果,可以正确的得到最小整体权值。
一下是C++的代码实现:
//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];
}