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Java
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package presenter.algorithms.util;
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import model.*;
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import presenter.algorithms.Comparators.YOrderLineComparatorBegin;
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import presenter.algorithms.Comparators.YOrderLineComparatorEnd;
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import java.util.*;
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/**
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* Implementierung verschiedener Algorithmen zur Berechnung von Ausgleichsgeraden.
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*
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* @Author: Armin Wolf
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* @Email: a_wolf28@uni-muenster.de
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* @Date: 18.06.2017.
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*/
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public class IntersectionCounter {
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private HashMap<Integer, Integer> dictionaryTO;
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private HashMap<Integer, Integer> dictionaryBACK;
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private ArrayList<Integer> substituted;
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private ArrayList<Pair> inversions;
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private List<Line> set;
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//indexieren der Punkte damit die schnittpunkte berechnet werden können
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private HashMap<Line, Integer> secondaryDictionaryTO;
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private HashMap<Integer, Line> secondaryDictionaryBACK;
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private ArrayList<Line> umin;
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/**
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* Berechnet die Inversionen zwischen zwei Listen mit Integer Werten. Diese Methode dient als
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* Wrapper Methode. Die Logik steht in der <code>countInversions</code> Funktion.
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*
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* @param a Liste
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* @param b Liste
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* @return Anzahl an Inversionen
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*/
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public int run(List<Integer> a, List<Integer> b) {
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dictionaryTO = new HashMap<>();
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dictionaryBACK = new HashMap<>();
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substituted = new ArrayList<>();
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inversions = new ArrayList<>();
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ArrayList<Integer> temp = new ArrayList<>();
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temp.addAll(a);
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for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
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dictionaryTO.put(a.get(i), i + 1);
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dictionaryBACK.put(i + 1, a.get(i));
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}
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for (int j = 0; j < b.size(); j++) {
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substituted.add(dictionaryTO.get(b.get(j)));
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}
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int ret = countInversions(substituted, 0, substituted.size() - 1, temp);
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return ret;
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}
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/**
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* Wrapper Methode um herauszufinden wieviele Inversionen zwischen den Schnittpunkten der Werte
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* in der Liste und den Endpunkten des Intervalls entstehen.
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*
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* @param set Liste mit Werten (m,b) um Schnittpunkte zu berechnen
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* @param interval Interval
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* @return Anzahl an Inversionen
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*/
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public int run(List<Line> set, Interval interval) {
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ArrayList<Integer> listA = new ArrayList<>();
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ArrayList<Integer> listB = new ArrayList<>();
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prepareData(set, interval, listA, listB);
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return run(listA, listB);
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}
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/**
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* Methode die, die Daten für die Funktion <code>run</code> vorbereitet. Es werden die Schnittpunkte
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* bzgl. der unteren und oberen Grenze des Intervals und den Werten der Liste (m,b) berechnet. Diese
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* Werte haben die selbe x Koordinate aber verschiedene y Koordinaten.
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*
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* @param set Liste mit Werten m,b
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* @param interval Interval
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* @param listA Schnittpunkte bzgl. unteren Grenze
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* @param listB Schnittpunkte bzgl. oberen Grenze
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*/
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private void prepareData(List<Line> set, Interval interval, ArrayList<Integer> listA,
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ArrayList<Integer> listB) {
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secondaryDictionaryTO = new HashMap<>();
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secondaryDictionaryBACK = new HashMap<>();
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this.set = set;
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umin = new ArrayList<>();
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Line tmpLine;
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for (Line p : set) {
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//vertauscht das Point standardmäßig die x lexikografische Ordnung betrachtet
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tmpLine = new Line(p.getM(), p.getM(), interval.getLower() * p.getM() + p.getB(),
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interval.getUpper() * p.getM() + p.getB());
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//wird benötigt um späer die Schnittpunkte ermitteln zu können
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tmpLine.setB(p.getB());
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tmpLine.setM(p.getM());
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umin.add(tmpLine);
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}
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for (int i = 0; i < umin.size(); i++) {
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secondaryDictionaryTO.put(umin.get(i), i);
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secondaryDictionaryBACK.put(i, this.set.get(i));
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}
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Collections.sort(umin, new YOrderLineComparatorBegin());
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for (Line q : umin) {
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listA.add(secondaryDictionaryTO.get(q));
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}
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Collections.sort(umin, new YOrderLineComparatorEnd());
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for (Line q : umin) {
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listB.add(secondaryDictionaryTO.get(q));
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}
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}
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/**
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* Angepasster Merge-Sort Algorithmus.
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* Die Funktion bekommt neben den standard Parametern zusätzlich eine Liste mit Elementen
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* die als Groundtruth dienen.
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*
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* @param a Eingabefeld mit den Elementen die überprüft werden sollen.
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* @param start Startpunkt des Eingabefeldes.
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* @param end Endpunkt des Eingabefeldes.
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* @param aux Temporäres Array das beim Mergen eine Kopie des original Arrays ist.
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* @return Anzahl der inversionen zwischen a und aux.
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*/
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public int countInversions(List<Integer> a, int start, int end, List<Integer> aux) {
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if (start >= end) {
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return 0;
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}
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int invCount = 0;
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int mid = start + (end - start) / 2;
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int invCountLeft = countInversions(a, start, mid, aux); // divide and conquer
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int invCountRight = countInversions(a, mid + 1, end, aux); // divide and conquer
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invCount += (invCountLeft + invCountRight);
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for (int i = start; i <= end; i++) {
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aux.set(i, a.get(i));
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}
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int left = start;
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int right = mid + 1;
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int index = start;
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//hier beginnt das merging
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//iteriere über die Teillisten
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//Two-way Merge - Knuth Vol 3 The Art of Computer Programming -
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while (left <= mid && right <= end) {
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//wenn die linke Teilliste das kleinere Element besitzt kopiere
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//das Element in das neue Array
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if (aux.get(left) < aux.get(right)) {
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a.set(index++, aux.get(left++));
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} else {
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//merke die inversionspaare
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for (int i = left; i <= mid; i++) {
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// System.out.println(aux.get(i)+" -- "+ aux.get(right));
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inversions.add(new Pair(aux.get(i), aux.get(right)));
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}
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a.set(index++, aux.get(right++));
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invCount += mid - left + 1; // number of inversions for aux[right]
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}
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}
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while (left <= mid) {
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a.set(index++, aux.get(left++));
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}
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// no need to copy over remaining aux[right++] because they are already inside a
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return invCount;
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}
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/**
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* Diese Methode liefert nur nach dem Ausführen der <code>run</code> Funktion Sinnvolle Werte.
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*
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* @return Map mit Schnittpunkt Paaren.
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*/
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public HashMap<Line, ArrayList<Line>> getIntersectionLinePairs() {
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ArrayList<Pair> result = new ArrayList<>();
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HashMap<Line, ArrayList<Line>> ret = new HashMap<>();
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for (int i = 0; i < inversions.size(); i++) {
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result.add(new Pair(dictionaryBACK.get(inversions.get(i).getP1()),
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dictionaryBACK.get(inversions.get(i).getP2())));
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}
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ArrayList<Line> linePairs;
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for (Pair p : result) {
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Line l1 = secondaryDictionaryBACK.get(p.getP1());
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Line l2 = secondaryDictionaryBACK.get(p.getP2());
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if (ret.get(l2) == null) {
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linePairs = new ArrayList<>();
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} else {
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linePairs = ret.get(l2);
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}
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linePairs.add(l1);
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ret.put(l2, linePairs);
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//Symetrie
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if (ret.get(l1) == null) {
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linePairs = new ArrayList<>();
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} else {
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linePairs = ret.get(l1);
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|
}
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|
linePairs.add(l2);
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ret.put(l1, linePairs);
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|
}
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/*System.out.println("----------------------------------------------------------");
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for (Line outerLine : ret.keySet()){
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System.out.println("Linie: "+outerLine);
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for (Line innerLine : ret.get(outerLine)){
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System.out.println("\t\t -> "+innerLine);
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}
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}
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System.out.println("----------------------------------------------------------");*/
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return ret;
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}
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/**
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* Diese Methode liefert nur nach dem Ausführen der <code>run</code> Funktion Sinnvolle Werte.
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*/
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public void calculateIntersectionAbscissas(LineModel model) {
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ArrayList<Pair> result = new ArrayList<>();
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for (int i = 0; i < inversions.size(); i++) {
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result.add(new Pair(dictionaryBACK.get(inversions.get(i).getP1()),
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|
dictionaryBACK.get(inversions.get(i).getP2())));
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}
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for (Pair p : result) {
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Line line = secondaryDictionaryBACK.get(p.getP1());
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Line sampledLine = secondaryDictionaryBACK.get(p.getP2());
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if (!line.equals(sampledLine)) {
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double intersection = (line.getB() - sampledLine.getB()) / (sampledLine.getM() - line.getM());
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double yintercept = sampledLine.getM() * intersection + sampledLine.getB();
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model.addNode(new Point(intersection, yintercept));
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}
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}
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}
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/**
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* Berechnet die Schnittpunkte zwischen einer gegebenen Gerade und einer Menge an Geraden.
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*
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* @param set Menge an Geraden
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* @param sampledLine eine spezielle Gerade
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* @return Liste mit x Koordinaten der Schnittpunkte
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*/
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public ArrayList<Double> calculateIntersectionAbscissas(ArrayList<Line> set, Line sampledLine) {
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LinkedList<Line> lines = new LinkedList<>(set);
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ArrayList<Double> intersections = new ArrayList<>();
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double intersection;
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for (Line line : lines) {
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if (line != sampledLine) {
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intersection = (line.getB() - sampledLine.getB()) / (sampledLine.getM() - line.getM());
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intersections.add(intersection);
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}
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}
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return intersections;
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}
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}
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