-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 1
/
Copy pathquadtree.py
186 lines (159 loc) · 6.86 KB
/
quadtree.py
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
#########################################
# Algorytmy Grafowe 2019/2020 #
# Quadtree #
# Stanislaw Denkowski #
# Maciej Tratnowiecki #
#########################################
# Import wykorzystywanych modulow
from enum import Enum
import numpy as np
from simple_geometry import *
# Typ wyliczeniowy ulatwiajacy zarzadzanie poddrzewami w wezle drzewa
class Child(Enum):
NE = 0
NW = 1
SE = 2
SW = 3
# Klasa reprezentujaca wezel w Quadtree
class Node:
# Konstruktor klasy
# Kazdy wezel przechowuje:
# * Obszar, jaki reprezentuje
# * Wartosci ulatwiające podzial wezla na 4 poddrzewa
# * Lista poddrzew
# * Licznik poddrzew
# * Punkt, jesli wezel jest liscie i akurat istnieje punkt znajdujacy sie w przechowywanym obszarze
def __init__(self, n=100, w=0, s=0, e=100, par=None, typ=-1):
self.parent = par
self.north = n
self.west = w
self.east = e
self.south = s
self.midx = (self.east+self.west)/2
self.midy = (self.north+self.south)/2
self.kids = [None for i in range(4)]
self.point = None
self.type = typ
self.kidscount = 0
# Metoda dodajaca poddrzewo do wezla
def add_kid(self, nr, other):
if type(nr) != int:
nr = nr.value
self.kids[nr] = other
self.kidscount += 1
# Metoda zwracajaca poddrzewo o zadanym indeksie
def get_kid(self, nr):
if type(nr) != int:
nr = nr.value
return self.kids[nr]
# Funkcja zwracajaca reprezentacje instancji klasy w formie lancucha znakow
def __str__(self):
return 'N: ' + str(self.north) + ' W: ' + str(self.west) + ' S: ' + str(self.south) + ' E: ' + str(self.east) + \
' Kids: ' + str(self.kidscount) + ' Point:' + str(self.point)
def createsquare(lowx, highx, lowy, highy, lines):
lines.append([[(lowx,lowy),(lowx,highy)],[(highx,lowy),(highx,highy)],[(lowx,lowy),(highx,lowy)],[(lowx,highy),(highx,highy)]])
# Funkcja wykorzystywana przy inicjalizacji Quadtree
# Dzieli punkty i tworzy wezly
def create_kids(node, points, listoflines):
if 0 < len(points) < 2:
node.point = points[0]
if len(points) < 2:
return
ne = Node(node.north, node.midx, node.midy, node.east, par=node, typ=Child.NE.value)
nw = Node(node.north, node.west, node.midy, node.midx, par=node, typ=Child.NW.value)
sw = Node(node.midy, node.west, node.south, node.midx, par=node, typ=Child.SW.value)
se = Node(node.midy, node.midx, node.south, node.east, par=node, typ=Child.SE.value)
node.add_kid(Child.NE.value, ne)
node.add_kid(Child.NW.value, nw)
node.add_kid(Child.SW.value, sw)
node.add_kid(Child.SE.value, se)
tabne = [point for point in points if point.x>node.midx and point.y>node.midy]
tabnw = [point for point in points if point.x<=node.midx and point.y>node.midy]
tabsw = [point for point in points if point.x<=node.midx and point.y<=node.midy]
tabse = [point for point in points if point.x>node.midx and point.y<=node.midy]
createsquare(ne.west, ne.east, ne.south, ne.north, listoflines)
create_kids(ne, tabne, listoflines)
createsquare(nw.west, nw.east, nw.south, nw.north, listoflines)
create_kids(nw, tabnw, listoflines)
createsquare(sw.west, sw.east, sw.south, sw.north, listoflines)
create_kids(sw, tabsw, listoflines)
createsquare(se.west, se.east, se.south, se.north, listoflines)
create_kids(se, tabse, listoflines)
# Funkcja konieczna przy wizualizacji, aby wyświetlić obszary obejmowane przez liście
def _get_lines(node, sol):
if node.kidscount!=0:
_get_lines(node.get_kid(Child.NE.value), sol)
_get_lines(node.get_kid(Child.NW.value), sol)
_get_lines(node.get_kid(Child.SE.value), sol)
_get_lines(node.get_kid(Child.SW.value), sol)
else:
sol += [[(node.east, node.north), (node.west, node.north)]]
sol += [[(node.west, node.north), (node.west, node.south)]]
sol += [[(node.west, node.south), (node.east, node.south)]]
sol += [[(node.east, node.south), (node.east, node.north)]]
# Klasa enkapsulujaca implementacje Quadtree
class Quadtree:
# Konstruktor klasy
# Instancja przechowuje korzen drzewa
def __init__(self, pkts):
points = [Point(x) for x in pkts]
_, n = max(pkts, key=lambda x: x[1])
_, s = min(pkts, key=lambda x: x[1])
e, _ = max(pkts, key=lambda x: x[0])
w, _ = min(pkts, key=lambda x: x[0])
self.root = Node(n, w, s, e, None)
listoflines=[]
create_kids(self.root, points, listoflines)
self.linesinit=listoflines
# Funkcja pomocnicza realizujaca przeszukiwanie obszaru
def _find_points(self, lowerleft, upperright, solution, tree=None, listoflines=[]):
if tree is None:
tree = self.root
if lowerleft.x > tree.east or lowerleft.y > tree.north or upperright.x < tree.west or upperright.y < tree.south:
return
createsquare(tree.west, tree.east, tree.south, tree.north, listoflines)
if tree.kidscount==0:
if tree.point is not None and Scope().from_tuple(lowerleft,upperright).in_scope(tree.point):
solution.add(tree.point)
return
for kid in tree.kids:
self._find_points(lowerleft, upperright, solution, kid, listoflines=listoflines)
# Funkcja implementujaca algorytm przeszukania Quadtree
def find(self, x_low=-np.inf, x_high=np.inf, y_low=-np.inf, y_high=np.inf):
lowerleft = Point((x_low, y_low))
upperright = Point((x_high, y_high))
solution = set([])
listoflines=[]
self._find_points(lowerleft, upperright, solution,listoflines=listoflines)
# print(p)
return list(map(Point.get_tuple, solution)), listoflines
# Funkcja pomocnicza wykorzystywana przy wizualizacji
def get_lines(self):
sol = []
_get_lines(self.root, sol)
return sol
# Funkcja wypisujaca tekstowa reprezentacje stanu Quadtree
# Nie jest wykorzystywana w implementacji drzewa
def print_tree(quad, depth=0):
if quad is None:
return
print(depth, ': N=', quad.north, ' W=', quad.west, ' S=', quad.south, ' E=', quad.east, ' Type=', quad.type,
' Kids=', quad.kidscount, end='')
if quad.point is not None:
print(' Point=', quad.point)
else:
print()
for i in quad.kids:
print_tree(i, depth+1)
# Ponizszy kod nie jest wykorzystywany w implementacji drzewa
if __name__=='__main__':
pkts = [(0, 0), (20, 10), (20, 70), (60, 10), (60, 40), (70, 80), (75, 90), (80, 85), (80, 80), (80, 83)]
for pkt in pkts:
print(pkt)
quad = Quadtree(pkts)
solution = quad.find(0, 100, 0, 100)
print('Solution:')
for point in solution:
print(point)
print(len(solution))
lines = quad.get_lines()