c++ 找到给定点集的简单闭合路径（Find Simple Closed Path for a given set of points）

给定一组点，将这些点连接起来而不相交

例子： 

输入：points[] = {(0, 3), (1, 1), (2, 2), (4, 4),
                   (0, 0), (1, 2), (3, 1}, {3, 3}};

输出：按以下顺序连接点将
        不造成任何交叉
       {(0, 0), (3, 1), (1, 1), (2, 2), (3, 3),
        （4，4），（1，2），（0，3）}
        
我们强烈建议您最小化浏览器并先自己尝试一下。

这个想法是使用排序。 

通过比较所有点的 y 坐标来找到最底部的点。如果有两个点的 y 值相同，则考虑 x 坐标值较小的点。将最底部的点放在第一个位置。 

考虑剩余的 n-1 个点，并围绕 points[0] 按照极角逆时针顺序排列它们。如果两个点的极角相同，则将最近的点放在最前面。

遍历排序数组（按角度升序排序）产生简单的闭合路径。

如何计算角度？ 
一种解决方案是使用三角函数。 
观察：我们不关心角度的实际值。我们只想按角度排序。 
想法：使用方向来比较角度，而无需实际计算它们！

以下是上述想法的实现:

// A C++ program to find simple closed path for n points
// for explanation of orientation()
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
 
struct Point
{
    int x, y;
};
 
// A global point needed for  sorting points with reference
// to the first point. Used in compare function of qsort()
Point p0;
 
// A utility function to swap two points
int swap(Point &p1, Point &p2)
{
    Point temp = p1;
    p1 = p2;
    p2 = temp;
}
 
// A utility function to return square of distance between
// p1 and p2
int dist(Point p1, Point p2)
{
    return (p1.x - p2.x)*(p1.x - p2.x) +
           (p1.y - p2.y)*(p1.y - p2.y);
}
 
// To find orientation of ordered triplet (p, q, r).
// The function returns following values
// 0 --> p, q and r are collinear
// 1 --> Clockwise
// 2 --> Counterclockwise
int orientation(Point p, Point q, Point r)
{
    int val = (q.y - p.y) * (r.x - q.x) -
              (q.x - p.x) * (r.y - q.y);
 
    if (val == 0) return 0;  // collinear
    return (val > 0)? 1: 2; // clockwise or counterclock wise
}
 
// A function used by library function qsort() to sort
//  an array of points with respect to the first point
int compare(const void *vp1, const void *vp2)
{
   Point *p1 = (Point *)vp1;
   Point *p2 = (Point *)vp2;
 
   // Find orientation
   int o = orientation(p0, *p1, *p2);
   if (o == 0)
     return (dist(p0, *p2) >= dist(p0, *p1))? -1 : 1;
 
   return (o == 2)? -1: 1;
}
 
// Prints simple closed path for a set of n points.
void printClosedPath(Point points[], int n)
{
   // Find the bottommost point
   int ymin = points[0].y, min = 0;
   for (int i = 1; i < n; i++)
   {
     int y = points[i].y;
 
     // Pick the bottom-most. In case of tie, choose the
     // left most point
     if ((y < ymin) || (ymin == y &&
         points[i].x < points[min].x))
        ymin = points[i].y, min = i;
   }
 
   // Place the bottom-most point at first position
   swap(points[0], points[min]);
 
   // Sort n-1 points with respect to the first point.
   // A point p1 comes before p2 in sorted output if p2
   // has larger polar angle (in counterclockwise
   // direction) than p1
   p0 = points[0];
   qsort(&points[1], n-1, sizeof(Point), compare);
 
   // Now stack has the output points, print contents
   // of stack
   for (int i=0; i<n; i++)
       cout << "(" << points[i].x << ", "
            << points[i].y <<"), ";
}
 
// Driver program to test above functions
int main()
{
    Point points[] = {{0, 3}, {1, 1}, {2, 2}, {4, 4},
                       {0, 0}, {1, 2}, {3, 1}, {3, 3}};
    int n = sizeof(points)/sizeof(points[0]);
    printClosedPath(points, n);
    return 0;
}

输出： 

(0, 0), (3, 1), (1, 1), (2, 2), (3, 3),
（4，4），（1，2），（0，3），
如果我们使用 O(nLogn) 排序算法对点进行排序，则上述解决方案的时间复杂度为 O(n Log n)。
辅助空间： O(1)，因为没有占用额外空间。

来源： 
http://www.dcs.gla.ac.uk/~pat/52233/slides/Geometry1x1.pdf