检测矩形重叠区域的高效算法是什么?

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我的情况

  • 输入:一组矩形
  • 每个矩形由4个双精度数值组成,如下所示:(x0,y0,x1,y1)
  • 它们没有以任何角度“旋转”,都是相对于屏幕“上下”和“左右”移动的“正常”矩形
  • 它们随机放置 - 它们可能在边缘接触、重叠或者没有任何接触
  • 我将有几百个矩形
  • 这是用C#实现的

我需要找到

  • 它们重叠形成的区域 - 所有多个矩形“覆盖”的画布区域(例如,对于两个矩形,它将是它们的交集)
  • 我不需要重叠的几何形状 - 只需要面积(例如:4平方英寸)
  • 重叠区域不应被多次计算 - 所以例如想象一下有3个大小和位置相同的矩形 - 它们正好重叠在一起 - 这个区域应该只计算一次(而不是三次)

示例

下面的图像包含三个矩形:A、B、C A和B重叠(由虚线表示) B和C重叠(由虚线表示) 我要找的是虚线所示的区域

-

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAA--------------BBB
AAAAAAAAAAAAAAAA--------------BBB
AAAAAAAAAAAAAAAA--------------BBB
AAAAAAAAAAAAAAAA--------------BBB
                BBBBBBBBBBBBBBBBB
                BBBBBBBBBBBBBBBBB
                BBBBBBBBBBBBBBBBB
                BBBBBB-----------CCCCCCCC
                BBBBBB-----------CCCCCCCC
                BBBBBB-----------CCCCCCCC
                      CCCCCCCCCCCCCCCCCCC
                      CCCCCCCCCCCCCCCCCCC
                      CCCCCCCCCCCCCCCCCCC
                      CCCCCCCCCCCCCCCCCCC

2
如果它们是随机放置的,那么你可能会有两个不同区域的重叠。你想要所有重叠的总和还是什么? - Lance Roberts
你能澄清一下吗?对于一个包含三个矩形的场景,A(0,0,10,10),B(1,1,9,9)和C(2,2,8,8)的答案是什么?即C完全在B内,B完全在A内。 - vitule
@vitule:我会说答案就是三个重叠的区域 => C区域的面积 - lacop
请回答第一个评论,以便我们知道需要解决什么问题。 - Lance Roberts
我有一个博客讨论这个问题:http://codercareer.blogspot.com/2011/12/no-27-area-of-rectangles.html 任何评论都将不胜感激。谢谢。 - Harry He
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16个回答

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一种有效计算此区域的方法是使用扫描算法。假设我们将垂直线L(x)通过矩形联合U进行扫描:
  • 首先,您需要构建一个事件队列Q,它在这种情况下是所有矩形的x坐标(左和右)的有序列表。
  • 在扫描过程中,您应该维护一个一维数据结构,它应该给出L(x)和U的交集的总长度。重要的是,这个长度在Q的两个连续事件q和q'之间是恒定的。因此,如果l(q)表示L(q+)(即q的右侧仅为L部分)与U相交的总长度,则L在q和q'事件之间扫过的面积正好是l(q)*(q' - q)。
  • 您只需加总所有这些扫过的区域即可得到总区域。

我们仍然需要解决1D问题。您需要一个1D结构,可以动态地计算(垂直)线段的并集。动态意味着有时您会添加一个新的线段,有时会删除一个线段。

我已经在回答这个收缩范围的问题中详细说明了如何以静态方式(实际上是1D扫描)进行操作。因此,如果您想要简单的东西,可以直接应用它(通过为每个事件重新计算并集)。如果您想要更有效的东西,只需要稍微调整一下:

  • 假设您知道线段S1 ... Sn的并集由不相交的线段D1 ... Dk组成。添加Sn+1非常容易,您只需在D1 ... Dk的端点中定位Sn+1的两个端点即可。
  • 假定您已知线段 S1...Sn 的并集由互不相交的线段 D1...Dk 组成,如果移除线段 Si(假设 Si 包含在 Dj 中),则需要重新计算除 Si 以外的 Dj 中线段的并集(使用静态算法)。
  • 这是您的动态算法。假定您将使用排序集合来表示 D1...Dk 并支持对数时间的位置查询,那么这很可能是您可以获得的最有效的非专用方法。


    1
    是的,但是在从集合中删除一个段S之后,您必须进行重新计算,这在最坏情况下是O(n)。因此,总运行时间为O(n^2),不是吗?想象一下这种情况:http://bit.ly/8Zd5jO - Martin Konicek
    5
    除非您使用类似区间树的数据结构,否则时间复杂度将是O(n^2)。而使用区间树可以将时间复杂度降为O(nlogn)。 - Thomas Ahle
    @ThomasAhle:你能解释一下如何使用区间树吗?我知道你可以在O(log n + m)的时间内查询与给定区间重叠的区间,但是如何在O(log n + m)的时间内找到这些区间的并集呢? - extraeee
    1
    @extraeee 所以我们将问题简化为动态一维联合区域。你需要稍微聪明一点,在树的节点上存储部分结果。当添加或删除一个区间时,你只需要更改logn个节点。 - Thomas Ahle

    14
    一种可行的方法是将其绘制到画布上!使用半透明颜色绘制每个矩形。.NET运行时会使用优化的本地代码进行绘制,甚至可以使用硬件加速器。
    然后,您需要读取像素。每个像素是背景颜色、矩形颜色还是其他颜色?它可以是另一种颜色的唯一方式是如果两个或更多的矩形重叠...
    如果这太作弊了,我建议像其他答案者一样使用四叉树或r-tree

    1
    其实,这不是一个坏主意,它可以很容易地解决多个交叉点的问题。不过,我想这完全取决于你需要什么样的分辨率。 - grapefrukt
    11
    为什么会有人点踩呢?尤其是对于大量矩形和有限分辨率的情况,使用位图方法的O(1)性能胜过精确方法通常的O(n^2)。说真的,人们…… - Jimmy
    这不是一个精确的算法,也不是非常整洁。它还会推动你使用更大的光栅来获得更好的精度,总体上它只会在速度上输给其他人可能已经实现的扫描算法。(说真的,扫描很快!) - Lodewijk

    13

    最简单的解决方案

    import numpy as np
    
    A = np.zeros((100, 100))
    B = np.zeros((100, 100))
    
    A[rect1.top : rect1.bottom,  rect1.left : rect1.right] = 1
    B[rect2.top : rect2.bottom,  rect2.left : rect2.right] = 1
    
    area_of_union     = np.sum((A + B) > 0)
    area_of_intersect = np.sum((A + B) > 1)
    

    在这个例子中,我们创建了两个大小与画布相同的零矩阵。对于每个矩形,将其中一个矩阵中占用空间的位置填充为1。然后将这些矩阵相加。现在sum(A+B > 0)是并集的面积,而sum(A+B > 1)则是重叠部分的面积。这个例子可以轻松地推广到多个矩形。


    11

    这是我在TopCoder SRM 160 Div 2比赛中使用的一些快速而粗略的代码。

    t表示顶部
    b表示底部
    l表示左侧
    r表示右侧

    public class Rect
    {
        public int t, b, l, r;
    
        public Rect(int _l, int _b, int _r, int _t)
        {
            t = _t;
            b = _b;
            l = _l;
            r = _r;
        }   
    
        public bool Intersects(Rect R)
        {
            return !(l > R.r || R.l > r || R.b > t || b > R.t);
        }
    
        public Rect Intersection(Rect R)
        {
            if(!this.Intersects(R))
                return new Rect(0,0,0,0);
            int [] horiz = {l, r, R.l, R.r};
            Array.Sort(horiz);
            int [] vert = {b, t, R.b, R.t};
            Array.Sort(vert);
    
            return new Rect(horiz[1], vert[1], horiz[2], vert[2]);
        } 
    
        public int Area()
        {
            return (t - b)*(r-l);
        }
    
        public override string ToString()
        {
            return l + " " + b + " " + r + " " + t;
        }
    }
    

    除非我读了问题并发现它将三角形限制为与X和Y轴平行的轴,否则我真的很困惑。知道这一点很好(虽然选择第二高的可能比排序更快哈哈)。 - Lodewijk

    6
    这是我能想到的一种解决方案:
    1. 创建一个带有双重键和矩形+布尔值列表的字典,如下所示: Dictionary< Double, List< KeyValuePair< Rectangle, Boolean>>> rectangles; 2. 对于集合中的每个矩形,在x0和x1值上找到相应的列表,并将矩形添加到该列表中,对于x0使用true,对于x1使用false的布尔值。这样,您现在拥有了每个矩形进入(true)或离开(false)x方向的所有x坐标的完整列表。 3. 获取该字典的所有键(所有不同的x坐标),进行排序,并按顺序循环遍历它们,确保您可以同时获取当前x值和下一个x值(您需要它们两个)。这为您提供了单个条形矩形。 4. 维护一个当前正在查看的矩形集合,最初为空。对于在第3点中迭代的每个x值,如果该矩形已注册为true,则将其添加到集合中,否则将其删除。 5. 对于一个条形矩形,按其y坐标对矩形进行排序。 6. 循环遍历条形矩形中的矩形,计算重叠距离(目前尚不清楚如何高效地执行此操作)。 7. 计算条形矩形的宽度乘以重叠距离的高度,以获取面积。
    例如,5个矩形,从a到e绘制在一起:
    aaaaaaaaaaaaaaaa          bbbbbbbbbbbbbbbbb
    aaaaaaaaaaaaaaaa          bbbbbbbbbbbbbbbbb
    aaaaaaaaaaaaaaaa          bbbbbbbbbbbbbbbbb
    aaaaaaaaaaaaaaaa          bbbbbbbbbbbbbbbbb
    aaaaaaaadddddddddddddddddddddddddddddbbbbbb
    aaaaaaaadddddddddddddddddddddddddddddbbbbbb
            ddddddddddddddddddddddddddddd
            ddddddddddddddddddddddddddddd
            ddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
            ddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
            ddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    ccccccccddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    ccccccccddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    cccccccccccc          eeeeeeeeeeeeeeeeee
    cccccccccccc          eeeeeeeeeeeeeeeeee
    cccccccccccc
    cccccccccccc
    

    这是x坐标的列表:

    v       v  v   v      v   v         v  v  v   
    |aaaaaaa|aa|aaaa      |   bbbbbbbbbb|bb|bbb
    |aaaaaaa|aa|aaaa      |   bbbbbbbbbb|bb|bbb
    |aaaaaaa|aa|aaaa      |   bbbbbbbbbb|bb|bbb
    |aaaaaaa|aa|aaaa      |   bbbbbbbbbb|bb|bbb
    |aaaaaaaddd|dddddddddd|ddddddddddddddbb|bbb
    |aaaaaaaddd|dddddddddd|ddddddddddddddbb|bbb
    |       ddd|dddddddddd|dddddddddddddd  |
    |       ddd|dddddddddd|dddddddddddddd  |
    |       ddd|ddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    |       ddd|ddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    |       ddd|ddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    ccccccccddd|ddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    ccccccccddd|ddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeee
    cccccccccccc          eeeeeeeeeeeeeeeeee
    cccccccccccc          eeeeeeeeeeeeeeeeee
    cccccccccccc
    cccccccccccc
    

    列表如下(其中每个v都被赋予从0开始递增的坐标):
    0: +a, +c
    1: +d
    2: -c
    3: -a
    4: +e
    5: +b
    6: -d
    7: -e
    8: -b
    

    每个条带都会被分成矩形(从上到下排序):
    0-1: a, c
    1-2: a, d, c
    2-3: a, d
    3-4: d
    4-5: d, e
    5-6: b, d, e
    6-7: b, e
    7-8: b
    

    对于每个条带,重叠部分如下:

    0-1: none
    1-2: a/d, d/c
    2-3: a/d
    3-4: none
    4-5: d/e
    5-6: b/d, d/e
    6-7: none
    7-8: none
    

    我想象一种类似于“按下回车/离开”算法的变体,用于进行从上到下的检查也是可行的:
    1. 将我们当前分析的矩形按从上到下的顺序排序,对于具有相同顶部坐标的矩形,还要按底部坐标排序
    2. 遍历y坐标,当进入一个矩形时,将其添加到集合中,当离开一个矩形时,将其从集合中删除
    3. 每当集合中有多个矩形时,就会出现重叠(如果确保添加/删除所有具有您当前正在查看的相同顶部/底部坐标的矩形,则多个重叠的矩形不会成为问题)
    对于上面的1-2条带,您可以按以下方式迭代:
    0. empty set, zero sum
    1. enter a, add a to set (1 rectangle in set)
    2. enter d, add d to set (>1 rectangles in set = overlap, store this y-coordinate)
    3. leave a, remove a from set (now back from >1 rectangles in set, add to sum: y - stored_y
    4. enter c, add c to set (>1 rectangles in set = overlap, store this y-coordinate)
    5. leave d, remove d from set (now back from >1 rectangles in set, add to sum: y - stored_y)
    6. multiply sum with width of strip to get overlapping areas
    

    你无需实际维护一个实际的矩形集合,只需维护你所在的矩形数目。每当这个数从1变成2时,记录y值;每当它从2降至1时,计算当前y值减去存储的y值,并累加这个差值。
    希望这能被理解。正如我所说的,这是我脑海中的想法,没有经过任何测试。

    3
    这是我为区域扫描算法编写的代码:
    #include <iostream>
    #include <vector>
    
    using namespace std;
    
    
    class Rectangle {
    public:
        int x[2], y[2];
    
        Rectangle(int x1, int y1, int x2, int y2) {
            x[0] = x1;
            y[0] = y1;
            x[1] = x2;
            y[1] = y2; 
        };
        void print(void) {
            cout << "Rect: " << x[0] << " " << y[0] << " " << x[1] << " " << y[1] << " " <<endl;
        };
    };
    
    // return the iterator of rec in list
    vector<Rectangle *>::iterator bin_search(vector<Rectangle *> &list, int begin, int end, Rectangle *rec) {
        cout << begin << " " <<end <<endl;
        int mid = (begin+end)/2;
        if (list[mid]->y[0] == rec->y[0]) {
            if (list[mid]->y[1] == rec->y[1])
                return list.begin() + mid;
            else if (list[mid]->y[1] < rec->y[1]) {
                if (mid == end)
                    return list.begin() + mid+1;
                return bin_search(list,mid+1,mid,rec);
            }
            else {
                if (mid == begin)
                    return list.begin()+mid;
                return bin_search(list,begin,mid-1,rec);
            }
        }
        else if (list[mid]->y[0] < rec->y[0]) {
            if (mid == end) {
                return list.begin() + mid+1;
            }
            return bin_search(list, mid+1, end, rec);
        }
        else {
            if (mid == begin) {
                return list.begin() + mid;
            }
            return bin_search(list, begin, mid-1, rec);
        }
    }
    
    // add rect to rects
    void add_rec(Rectangle *rect, vector<Rectangle *> &rects) {
        if (rects.size() == 0) {
            rects.push_back(rect);
        }
        else {
            vector<Rectangle *>::iterator it = bin_search(rects, 0, rects.size()-1, rect);
            rects.insert(it, rect);
        }
    }
    
    // remove rec from rets
    void remove_rec(Rectangle *rect, vector<Rectangle *> &rects) {
        vector<Rectangle *>::iterator it = bin_search(rects, 0, rects.size()-1, rect);
        rects.erase(it);
    }
    
    // calculate the total vertical length covered by rectangles in the active set
    int vert_dist(vector<Rectangle *> as) {
        int n = as.size();
    
        int totallength = 0;
        int start, end;
    
        int i = 0;
        while (i < n) {
            start = as[i]->y[0];
            end = as[i]->y[1];
            while (i < n && as[i]->y[0] <= end) {
                if (as[i]->y[1] > end) {
                    end = as[i]->y[1];
                }
                i++;
            }
            totallength += end-start;
        }
        return totallength;
    }
    
    bool mycomp1(Rectangle* a, Rectangle* b) {
        return (a->x[0] < b->x[0]);
    }
    
    bool mycomp2(Rectangle* a, Rectangle* b) {
        return (a->x[1] < b->x[1]);
    }
    
    int findarea(vector<Rectangle *> rects) {
        vector<Rectangle *> start = rects;
        vector<Rectangle *> end = rects;
        sort(start.begin(), start.end(), mycomp1);
        sort(end.begin(), end.end(), mycomp2);
    
        // active set
        vector<Rectangle *> as;
    
        int n = rects.size();
    
        int totalarea = 0;
        int current = start[0]->x[0];
        int next;
        int i = 0, j = 0;
        // big loop
        while (j < n) {
            cout << "loop---------------"<<endl;
            // add all recs that start at current
            while (i < n && start[i]->x[0] == current) {
                cout << "add" <<endl;
                // add start[i] to AS
                add_rec(start[i], as);
                cout << "after" <<endl;
                i++;
            }
            // remove all recs that end at current
            while (j < n && end[j]->x[1] == current) {
                cout << "remove" <<endl;
                // remove end[j] from AS
                remove_rec(end[j], as);
                cout << "after" <<endl;
                j++;
            }
    
            // find next event x
            if (i < n && j < n) {
                if (start[i]->x[0] <= end[j]->x[1]) {
                    next = start[i]->x[0];
                }
                else {
                    next = end[j]->x[1];
                }
            }
            else if (j < n) {
                next = end[j]->x[1];
            }
    
            // distance to next event
            int horiz = next - current;
            cout << "horiz: " << horiz <<endl;
    
            // figure out vertical dist
            int vert = vert_dist(as);
            cout << "vert: " << vert <<endl;
    
            totalarea += vert * horiz;
    
            current = next;
        }
        return totalarea;
    }
    
    int main() {
        vector<Rectangle *> rects;
        rects.push_back(new Rectangle(0,0,1,1));
    
        rects.push_back(new Rectangle(1,0,2,3));
    
        rects.push_back(new Rectangle(0,0,3,3));
    
        rects.push_back(new Rectangle(1,0,5,1));
    
        cout << findarea(rects) <<endl;
    }
    

    看起来你的回答只适用于可以使用++来遍历“区域”的情况。如果矩形是浮点数,你的解决方案无法帮助到我,我说的对吗? - ephraim

    3

    使用以下示例:

       1   2   3   4   5   6
    1 +---+---+ | | 2 + A +---+---+ | | B | 3 + + +---+---+ | | | | | 4 +---+---+---+---+ + | | 5 + C + | | 6 +---+---+

    1)将所有x坐标(左右两侧)收集到一个列表中,然后排序并删除重复项

    1 3 4 5 6

    2)将所有y坐标(上下两侧)收集到一个列表中,然后排序并删除重复项

    1 2 3 4 6

    3)通过唯一的x坐标之间的间隙数*唯一y坐标之间的间隙数创建2D数组。

    4 * 4

    4)将所有矩形绘制到此网格中,递增每个单元格的计数:

       1   3   4   5   6
    1 +---+ | 1 | 0 0 0 2 +---+---+---+ | 1 | 1 | 1 | 0 3 +---+---+---+---+ | 1 | 1 | 2 | 1 | 4 +---+---+---+---+ 0 0 | 1 | 1 | 6 +---+---+

    5)具有计数大于1的网格中单元格面积总和为重叠区域的面积。 对于稀疏用例的更好效率,实际上可以在绘制矩形时保持面积的运行总和,每次将单元格从1移动到2。


    在问题中,矩形被描述为四个浮点数。 浮点数通常包含舍入误差,可能会导致计算出的重叠区域存在误差。 如果合法坐标位于有限点上,请考虑使用整数表示。


    附:如在其他答案中所述,如果分辨率可接受,则使用硬件加速器并不是一个坏主意。 它还可以比我上面概述的方法使用更少的代码轻松实现。 各有千秋。


    这是一个O(n^3)的算法。 - gongzhitaao

    2
    在链接http://codercareer.blogspot.com/2011/12/no-27-area-of-rectangles.html中列出了一个解决方案,用于查找多个矩形的总面积,使重叠区域仅计算一次。
    上述解决方案可以扩展为使用水平扫描线计算仅重叠区域(即使重叠区域被多个矩形覆盖,也只计算一次)以及每对连续垂直扫描线。
    如果目的只是找到所有矩形覆盖的总面积,则不需要水平扫描线,只需在两个垂直扫描线之间合并所有矩形即可得到面积。
    另一方面,如果您只想计算重叠区域,则需要水平扫描线来查找在垂直(y1,y2)扫描线之间重叠的矩形数量。
    这是我用Java实现的解决方案的工作代码。
    import java.io.*;
    import java.util.*;
    
    class Solution {
    
    static class Rectangle{
             int x;
             int y;
             int dx;
             int dy;
    
             Rectangle(int x, int y, int dx, int dy){
               this.x = x;
               this.y = y;
               this.dx = dx;
               this.dy = dy;
             }
    
             Range getBottomLeft(){
                return new Range(x, y);
             }
    
             Range getTopRight(){
                return new Range(x + dx, y + dy);
             }
    
             @Override
             public int hashCode(){
                return (x+y+dx+dy)/4;
             }
    
             @Override
             public boolean equals(Object other){
                Rectangle o = (Rectangle) other;
                return o.x == this.x && o.y == this.y && o.dx == this.dx && o.dy == this.dy;
             }
    
            @Override
            public String toString(){
                return String.format("X = %d, Y = %d, dx : %d, dy : %d", x, y, dx, dy);
            }
         }     
    
         static class RW{
             Rectangle r;
             boolean start;
    
             RW (Rectangle r, boolean start){
               this.r = r;
               this.start = start;
             }
    
             @Override
             public int hashCode(){
                 return r.hashCode() + (start ? 1 : 0);
             }
    
             @Override
             public boolean equals(Object other){
                  RW o = (RW)other;
                 return o.start == this.start && o.r.equals(this.r);
             }
    
            @Override
            public String toString(){
                return "Rectangle : " + r.toString() + ", start = " + this.start;
            }
         }
    
         static class Range{
             int l;
             int u;   
    
           public Range(int l, int u){
             this.l = l;
             this.u = u;
           }
    
             @Override
             public int hashCode(){
                return (l+u)/2;
             }
    
             @Override
             public boolean equals(Object other){
                Range o = (Range) other;
                return o.l == this.l && o.u == this.u;
             }
    
            @Override
            public String toString(){
                return String.format("L = %d, U = %d", l, u);
            }
         }
    
         static class XComp implements Comparator<RW>{
                 @Override
                 public int compare(RW rw1, RW rw2){
                     //TODO : revisit these values.
                     Integer x1 = -1;
                     Integer x2 = -1;
    
                     if(rw1.start){
                         x1 = rw1.r.x;
                     }else{
                         x1 = rw1.r.x + rw1.r.dx;
                     }   
    
                     if(rw2.start){
                         x2 = rw2.r.x;
                     }else{
                         x2 = rw2.r.x + rw2.r.dx;
                     }
    
                     return x1.compareTo(x2);
                 }
         }
    
         static class YComp implements Comparator<RW>{
                 @Override
                 public int compare(RW rw1, RW rw2){
                     //TODO : revisit these values.
                     Integer y1 = -1;
                     Integer y2 = -1;
    
                     if(rw1.start){
                         y1 = rw1.r.y;
                     }else{
                         y1 = rw1.r.y + rw1.r.dy;
                     }   
    
                     if(rw2.start){
                         y2 = rw2.r.y;
                     }else{
                         y2 = rw2.r.y + rw2.r.dy;
                     }
    
                     return y1.compareTo(y2);
                 }
         }
    
         public static void main(String []args){
             Rectangle [] rects = new Rectangle[4];
    
             rects[0] = new Rectangle(10, 10, 10, 10);
             rects[1] = new Rectangle(15, 10, 10, 10);
             rects[2] = new Rectangle(20, 10, 10, 10);
             rects[3] = new Rectangle(25, 10, 10, 10);
    
             int totalArea = getArea(rects, false);
             System.out.println("Total Area : " + totalArea);
    
             int overlapArea = getArea(rects, true);              
             System.out.println("Overlap Area : " + overlapArea);
         }
    
    
         static int getArea(Rectangle []rects, boolean overlapOrTotal){
             printArr(rects);
    
             // step 1: create two wrappers for every rectangle
             RW []rws = getWrappers(rects);       
    
             printArr(rws);        
    
             // steps 2 : sort rectangles by their x-coordinates
             Arrays.sort(rws, new XComp());   
    
             printArr(rws);        
    
             // step 3 : group the rectangles in every range.
             Map<Range, List<Rectangle>> rangeGroups = groupRects(rws, true);
    
             for(Range xrange : rangeGroups.keySet()){
                 List<Rectangle> xRangeRects = rangeGroups.get(xrange);
                 System.out.println("Range : " + xrange);
                 System.out.println("Rectangles : ");
                 for(Rectangle rectx : xRangeRects){
                    System.out.println("\t" + rectx);               
                 }
             }   
    
             // step 4 : iterate through each of the pairs and their rectangles
    
             int sum = 0;
             for(Range range : rangeGroups.keySet()){
                 List<Rectangle> rangeRects = rangeGroups.get(range);
                 sum += getOverlapOrTotalArea(rangeRects, range, overlapOrTotal);
             }
             return sum;         
         }    
    
         static Map<Range, List<Rectangle>> groupRects(RW []rws, boolean isX){
             //group the rws with either x or y coordinates.
    
             Map<Range, List<Rectangle>> rangeGroups = new HashMap<Range, List<Rectangle>>();
    
             List<Rectangle> rangeRects = new ArrayList<Rectangle>();            
    
             int i=0;
             int prev = Integer.MAX_VALUE;
    
             while(i < rws.length){
                 int curr = isX ? (rws[i].start ? rws[i].r.x : rws[i].r.x + rws[i].r.dx): (rws[i].start ? rws[i].r.y : rws[i].r.y + rws[i].r.dy);
    
                 if(prev < curr){
                    Range nRange = new Range(prev, curr);
                    rangeGroups.put(nRange, rangeRects);
                    rangeRects = new ArrayList<Rectangle>(rangeRects);
                 }
                 prev = curr;
    
                 if(rws[i].start){
                   rangeRects.add(rws[i].r);
                 }else{
                   rangeRects.remove(rws[i].r);
                 }
    
               i++;
             }
           return rangeGroups;
         }
    
         static int getOverlapOrTotalArea(List<Rectangle> rangeRects, Range range, boolean isOverlap){
             //create horizontal sweep lines similar to vertical ones created above
    
             // Step 1 : create wrappers again
             RW []rws = getWrappers(rangeRects);
    
             // steps 2 : sort rectangles by their y-coordinates
             Arrays.sort(rws, new YComp());
    
             // step 3 : group the rectangles in every range.
             Map<Range, List<Rectangle>> yRangeGroups = groupRects(rws, false);
    
             //step 4 : for every range if there are more than one rectangles then computer their area only once.
    
             int sum = 0;
             for(Range yRange : yRangeGroups.keySet()){
                 List<Rectangle> yRangeRects = yRangeGroups.get(yRange);
    
                 if(isOverlap){
                     if(yRangeRects.size() > 1){
                         sum += getArea(range, yRange);
                     }
                 }else{
                     if(yRangeRects.size() > 0){
                         sum += getArea(range, yRange);
                     }
                 }
             }         
             return sum;
         } 
    
        static int getArea(Range r1, Range r2){
          return (r2.u-r2.l)*(r1.u-r1.l);      
        }
    
        static RW[] getWrappers(Rectangle []rects){
             RW[] wrappers = new RW[rects.length * 2];
    
             for(int i=0,j=0;i<rects.length;i++, j+=2){
                 wrappers[j] = new RW(rects[i], true); 
                 wrappers[j+1] = new RW(rects[i], false); 
             }
             return wrappers;
         }
    
        static RW[] getWrappers(List<Rectangle> rects){
             RW[] wrappers = new RW[rects.size() * 2];
    
             for(int i=0,j=0;i<rects.size();i++, j+=2){
                 wrappers[j] = new RW(rects.get(i), true); 
                 wrappers[j+1] = new RW(rects.get(i), false); 
             }
             return wrappers;
         }
    
      static void printArr(Object []a){
        for(int i=0; i < a.length;i++){
          System.out.println(a[i]);
        }
        System.out.println();
      }     
    

    鼓励提供外部资源链接,但请添加上下文说明链接的内容和目的。在引用重要链接时,请引用最相关的部分,以防目标网站无法访问或永久离线。 - davejal
    @davejal,我已经更新了答案并添加了上下文。谢谢。 - tick_tack_techie

    2

    如果您将每个矩形分成较小的矩形,则可以大大简化此问题。收集所有矩形的X和Y坐标,这些坐标成为您的分割点 - 如果矩形跨越该线,请将其分成两部分。完成后,您将获得一个重叠0%或100%的矩形列表,如果对它们进行排序,应该很容易找到相同的矩形。


    1
    这是扫描线(或扫描线)算法的开端,进而是通用布尔合并包的开始。在这些术语上搜索一下,你会发现在繁重的矩形负载下它能很好地扩展。 - Don Wakefield
    这个解决方案可以生成平方级别数量的矩形:想象许多长而窄的水平矩形与许多窄而长的垂直矩形相交。然而,该问题有一个O(n*log(n))的解决方案。 - Martin Konicek

    1
    以下答案应该只给出总面积一次。它是之前的答案,但现在在C#中实现。它也适用于浮点数(或双精度,如果需要[它不会迭代值)。

    Credits: http://codercareer.blogspot.co.il/2011/12/no-27-area-of-rectangles.html

    编辑: 原帖要求重叠区域-这显然非常简单:

    var totArea = rects.Sum(x => x.Width * x.Height);
    

    然后答案是:
    var overlappingArea =totArea-GetArea(rects)
    

    这是代码:

       #region rectangle overlapping
            /// <summary>
            /// see algorithm for detecting overlapping areas here: https://dev59.com/XXVC5IYBdhLWcg3wlyQo#245245
            /// or easier here:
            /// http://codercareer.blogspot.co.il/2011/12/no-27-area-of-rectangles.html
            /// </summary>
            /// <param name="dim"></param>
            /// <returns></returns>
            public static float GetArea(RectangleF[] rects)
            {
                List<float> xs = new List<float>();
                foreach (var item in rects)
                {
                    xs.Add(item.X);
                    xs.Add(item.Right);
                }
                xs = xs.OrderBy(x => x).Cast<float>().ToList();
                rects = rects.OrderBy(rec => rec.X).Cast<RectangleF>().ToArray();
                float area = 0f;
                for (int i = 0; i < xs.Count - 1; i++)
                {
                    if (xs[i] == xs[i + 1])//not duplicate
                        continue;
                    int j = 0;
                    while (rects[j].Right < xs[i])
                        j++;
                    List<Range> rangesOfY = new List<Range>();
                    var rangeX = new Range(xs[i], xs[i + 1]);
                    GetRangesOfY(rects, j, rangeX, out rangesOfY);
                    area += GetRectArea(rangeX, rangesOfY);
                }
                return area;
            }
    
            private static void GetRangesOfY(RectangleF[] rects, int rectIdx, Range rangeX, out List<Range> rangesOfY)
            {
                rangesOfY = new List<Range>();
                for (int j = rectIdx; j < rects.Length; j++)
                {
                    if (rangeX.less < rects[j].Right && rangeX.greater > rects[j].Left)
                    {
                        rangesOfY = Range.AddRange(rangesOfY, new Range(rects[j].Top, rects[j].Bottom));
    #if DEBUG
                        Range rectXRange = new Range(rects[j].Left, rects[j].Right);
    #endif
                    }
                }
            }
    
            static float GetRectArea(Range rangeX, List<Range> rangesOfY)
            {
                float width = rangeX.greater - rangeX.less,
                    area = 0;
    
                foreach (var item in rangesOfY)
                {
                    float height = item.greater - item.less;
                    area += width * height;
                }
                return area;
            }
    
            internal class Range
            {
                internal static List<Range> AddRange(List<Range> lst, Range rng2add)
                {
                    if (lst.isNullOrEmpty())
                    {
                        return new List<Range>() { rng2add };
                    }
    
                    for (int i = lst.Count - 1; i >= 0; i--)
                    {
                        var item = lst[i];
                        if (item.IsOverlapping(rng2add))
                        {
                            rng2add.Merge(item);
                            lst.Remove(item);
                        }
                    }
                    lst.Add(rng2add);
                    return lst;
                }
                internal float greater, less;
                public override string ToString()
                {
                    return $"ln{less} gtn{greater}";
                }
    
                internal Range(float less, float greater)
                {
                    this.less = less;
                    this.greater = greater;
                }
    
                private void Merge(Range rng2add)
                {
                    this.less = Math.Min(rng2add.less, this.less);
                    this.greater = Math.Max(rng2add.greater, this.greater);
                }
                private bool IsOverlapping(Range rng2add)
                {
                    return !(less > rng2add.greater || rng2add.less > greater);
                    //return
                    //    this.greater < rng2add.greater && this.greater > rng2add.less
                    //    || this.less > rng2add.less && this.less < rng2add.greater
    
                    //    || rng2add.greater < this.greater && rng2add.greater > this.less
                    //    || rng2add.less > this.less && rng2add.less < this.greater;
                }
            }
            #endregion rectangle overlapping
    

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