可见点的最大数目
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题目描述
给你一个点数组 points
和一个表示角度的整数 angle
,你的位置是 location
,其中 location = [posx, posy]
且 points[i] = [xi, yi]
都表示 X-Y 平面上的整数坐标。
最开始,你面向东方进行观测。你 不能 进行移动改变位置,但可以通过 自转 调整观测角度。换句话说,posx
和 posy
不能改变。你的视野范围的角度用 angle
表示, 这决定了你观测任意方向时可以多宽。设 d
为你逆时针自转旋转的度数,那么你的视野就是角度范围 [d - angle/2, d + angle/2]
所指示的那片区域。
对于每个点,如果由该点、你的位置以及从你的位置直接向东的方向形成的角度 位于你的视野中 ,那么你就可以看到它。
同一个坐标上可以有多个点。你所在的位置也可能存在一些点,但不管你的怎么旋转,总是可以看到这些点。同时,点不会阻碍你看到其他点。
返回你能看到的点的最大数目。
示例 1:
输入:points = [[2,1],[2,2],[3,3]], angle = 90, location = [1,1] 输出:3 解释:阴影区域代表你的视野。在你的视野中,所有的点都清晰可见,尽管 [2,2] 和 [3,3]在同一条直线上,你仍然可以看到 [3,3] 。
示例 2:
输入:points = [[2,1],[2,2],[3,4],[1,1]], angle = 90, location = [1,1] 输出:4 解释:在你的视野中,所有的点都清晰可见,包括你所在位置的那个点。
示例 3:
输入:points = [[1,0],[2,1]], angle = 13, location = [1,1] 输出:1 解释:如图所示,你只能看到两点之一。
提示:
1 <= points.length <= 105
points[i].length == 2
location.length == 2
0 <= angle < 360
0 <= posx, posy, xi, yi <= 100
代码结果
运行时间: 315 ms, 内存: 43.2 MB
/*
* Problem Statement:
* Given an array of points, an angle, and a location, find the maximum number of points that can be seen
* within the given angle from the location. You can rotate around your location but cannot change the position.
*
* Solution Approach (using Java Streams):
* 1. For each point, calculate the angle it makes with the positive x-axis using arctangent function.
* 2. Normalize the angles and sort them using streams.
* 3. Use a sliding window technique to find the maximum number of points visible within the given angle.
*/
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
public class VisiblePointsStream {
public int visiblePoints(List<List<Integer>> points, int angle, List<Integer> location) {
int samePositionCount = 0;
int locX = location.get(0), locY = location.get(1);
// Calculate angles and filter points at the same location
List<Double> angles = points.stream()
.map(p -> {
int px = p.get(0), py = p.get(1);
if (px == locX && py == locY) {
samePositionCount++;
return null;
}
return Math.atan2(py - locY, px - locX) * 180 / Math.PI;
})
.filter(Objects::nonNull)
.sorted()
.collect(Collectors.toList());
// Duplicate list to handle circular nature
List<Double> extendedAngles = new ArrayList<>(angles);
extendedAngles.addAll(angles.stream().map(a -> a + 360).collect(Collectors.toList()));
// Find max points in a window of 'angle' size
int maxCount = 0, j = 0, n = extendedAngles.size();
for (int i = 0; i < n; i++) {
while (j < n && extendedAngles.get(j) - extendedAngles.get(i) <= angle) {
j++;
}
maxCount = Math.max(maxCount, j - i);
}
return maxCount + samePositionCount;
}
}
解释
方法:
该题解首先计算所有点相对于观测位置的极角(通过atan2函数),并存储这些角度。如果点位于观测者的位置上,该点始终可见,记录这类点的数量。接下来,对角度进行排序,并通过复制一份角度列表并添加2*pi(将度数转换为弧度)到每个角度,以模拟一个360度的环。这样做是为了处理环绕效果,即视野跨越360度零界点的情况。使用二分搜索(bisect_right),找到每个角度加上视角(转换为弧度)后能看到的最远点,计算这个范围内包含的点的数量。最后,找出这些范围中包含点数最多的一个,并加上始终可见的点的数量。
时间复杂度:
O(n log n)
空间复杂度:
O(n)
代码细节讲解
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在计算每个点的极角时,为什么选择使用atan2函数而不是其他角度计算方法?
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如何确保排序后的角度列表和复制扩展后的角度列表正确处理了所有视角跨越360度零界点的情况?
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二分搜索函数bisect_right是如何确定视野范围内包含的最远点的?具体是根据什么逻辑进行搜索的?
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该算法是否考虑了角度angle为0或非常小的情况,这种情况下算法的行为是怎样的?
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