凸包的graham算法
‘壹’ 凸包平面凸包求法
在计算几何中，凸包（Convex Hull）是一个重要概念，它是指二维平面上给定点集最外层的凸多边形。Graham's Scan算法是求解这个问题的经典方法，由数学家Graham发明，他同时也是多个学术组织的主席。（这位科学家才华横溢，不仅在数学领域有建树，还涉足杂技艺术。）
该算法步骤如下：
- 首先，选择所有点中y坐标最小的点H（如果有多解，选x坐标最小的），并排除坐标相同的点。然后对其他点与H构成的向量按照它们与x轴正方向的夹角（不需计算夹角，仅用向量模判断）进行排序，从大到小（或从小到大）进行扫描。例如，如图所示，经过排序后点的添加顺序为H, K, C, D, L, F, G, E, I, B, A, J，接着进行逆时针（或顺时针）扫描。
- 线段总是凸包的一部分，加入C后，可能需要调整。例如，尽管是凸包，但不是，因为加入D后，才是。当添加新点时，需要检查是否改变之前线段的旋转方向，若改变，则之前点可能不包含在凸包内，通过向量叉积判断。
整个过程持续到所有点都遍历完毕，即得到凸包。算法的时间复杂度至少为O(n log n)，空间复杂度为O(1)（直接在原数据上运算）。
除了Graham's Scan，还有Jarvis步进法和一些特殊算法，如中心法和水平法，它们各有优劣。Graham's Scan因其简洁性和对大部分点集的适用性，通常被认为是OIer和ACMer的最佳选择。
‘贰’ 凸包的平面求法
这个算法是由数学大师葛立恒（Graham）发明的，他曾经是美国数学学会（AMS）主席、AT&T首席科学家以及国际杂技师协会（IJA）主席。
问题
给定平面上的二维点集，求解其凸包。
过程
⒈ 在所有点中选取y坐标最小的一点H，当作基点。如果存在多个点的y坐标都为最小值，则选取x坐标最小的一点。坐标相同的点应排除。然后按照其它各点p和基点构成的向量<H,p>；与x轴的夹角进行排序，夹角由大至小进行顺时针扫描，反之则进行逆时针扫描。实现中无需求得夹角，只需根据余弦定理求出向量夹角的余弦值即可。以下图为例，基点为H，根据夹角由小至大排序后依次为H，K，C，D，L，F，G，E，I，B，A，J。下面进行逆时针扫描。
⒉ 线段<H,K>；一定在凸包上，接着加入C。假设线段<K,C>；也在凸包上，因为就H，K，C三点而言，它们的凸包就是由此三点所组成。但是接下来加入D时会发现，线段<K,D>；才会在凸包上，所以将线段<K,C>；排除，C点不可能是凸包。
⒊ 即当加入一点时，必须考虑到前面的线段是否会出现在凸包上。从基点开始，凸包上每条相临的线段的旋转方向应该一致，并与扫描的方向相反。如果发现新加的点使得新线段与上线段的旋转方向发生变化，则可判定上一点必然不在凸包上。实现时可用向量叉积进行判断，设新加入的点为pn + 1，上一点为pn，再上一点为pn - 1。顺时针扫描时，如果向量<pn - 1,pn>；与<pn,pn + 1>；的叉积为正（逆时针扫描判断是否为负），则将上一点删除。删除过程需要回溯，将之前所有叉积符号相反的点都删除，然后将新点加入凸包。
在上图中，加入K点时，由于线段<H,C>要旋转到<H,K>的角度，为顺时针旋转，所以C点不在凸包上，应该删除，保留K点。接着加入D点，由于线段<K,D>要旋转到<H,K>的角度，为逆时针旋转，故D点保留。按照上述步骤进行扫描，直到点集中所有的点都遍历完成，即得到凸包。
复杂度
这个算法可以直接在原数据上进行运算，因此空间复杂度为O⑴。但如果将凸包的结果存储到另一数组中，则可能在代码级别进行优化。由于在扫描凸包前要进行排序，因此时间复杂度至少为快速排序的O(nlgn）。后面的扫描过程复杂度为O(n），因此整个算法的复杂度为O(nlgn）。 对于一个有三个或以上点的点集Q，过程如下：
计算点集最右边的点为凸包的顶点的起点，如上图的P3点。
Do
For i = 0 To 总顶点数
计算有向向量P3->Pi
If 其余顶点全部在有向向量P3->Pi的左侧或右侧，则Pi点为凸包的下一顶点
Pi点加入凸包列表
GoTo 1
End If
Next
Exit Do
1:
Loop
此过程执行后，点按极角自动顺时针或逆时针排序，只需要按任意两点的次序就可以了。而左侧或右侧的判断可以用前述的矢量点积性质实现。 constpi=3.1415926575;zero=1e-6;maxn=1000;maxnum=100000000;varans,temp:extended;n,tot:longint;x,y:array[0..maxn]ofextended;zz,num:array[0..maxn]oflongint;procereswap(varii,jj:extended);vart:extended;begint:=ii;ii:=jj;jj:=t;end;procereinit;vari,j:longint;beginreadln(n);fori:=1tondoreadln(x[i],y[i]);end;functionok(x,midx,y,midy:extended):longint;beginifabs(x-midx)<=zerothenbeginifabs(midy-y)<=zerothenexit(0);ifmidy>ythenexit(1)elseexit(2);endelsebeginifx<midxthenexit(1)elseexit(2);end;end;procereqsort(head,tail:longint);vari,j:longint;midx,midy:extended;begini:=head;j:=tail;midx:=x[(head+tail)div2];midy:=y[(head+tail)div2];repeatwhileok(x[i],midx,y[i],midy)=1doinc(i);whileok(x[j],midx,y[j],midy)=2dodec(j);ifi<=jthenbeginswap(x[i],x[j]);swap(y[i],y[j]);inc(i);dec(j);end;untili>j;ifi<tailthenqsort(i,tail);ifj>headthenqsort(head,j);end;functionPlot(x1,y1,x2,y2:extended):extended;beginPlot:=x1*y2-x2*y1;end;functioncheck(first,last,new:longint):boolean;varax,ay,bx,by:extended;Pt:extended;beginax:=x[last]-x[first];ay:=y[last]-y[first];bx:=x[new]-x[first];by:=y[new]-y[first];ifPlot(ax,ay,bx,by)<=0thenexit(true)elseexit(false);end;procereTbao;vari,j,tail:longint;begintot:=0;zz[1]:=1;tail:=1;fori:=2tondobeginwhile(zz[tail]<>1)andcheck(zz[tail-1],zz[tail],i)dodec(tail);inc(tail);zz[tail]:=i;end;inc(tot,tail-1);fori:=1totail-1donum[i]:=zz[i];zz[1]:=n;tail:=1;fori:=n-1downto1dobeginwhile(zz[tail]<>n)andcheck(zz[tail-1],zz[tail],i)dodec(tail);inc(tail);zz[tail]:=i;end;fori:=1totail-1donum[tot+i]:=zz[i];inc(tot,tail-1);end;functiondist(a,b:longint):extended;begindist:=sqrt((x[a]-x[b])*(x[a]-x[b])+(y[a]-y[b])*(y[a]-y[b]));end;proceremain;vari,j:longint;beginqsort(1,n);Tbao;ans:=0;fori:=1totot-1doans:=ans+dist(num[i],num[i+1]);ans:=ans+dist(num[tot],num[1]）;ans:=ans+temp*pi*2;writeln(ans:0:1);end;begininit;main;end.
