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基于K-means 切割多邊形 JAVA實現

haobowd / 895人閱讀

摘要:基于切割多邊形實現思路初稿詳見多邊形等分依賴實現實現過程結果類泰森多邊形平分多邊形結果原始平面隨機點集合分組后組中心集合構造泰森多邊形聚合類聚合聚合總量數據集合簇族數量中

基于K-means 切割多邊形 JAVA實現

思路初稿詳見多邊形等分

依賴

geotools

ekmeans

 
    
    
      org.locationtech.jts
      jts-core
      1.16.0
    
    
      junit
      junit
      4.12
      test
    

    
      org.geotools
      gt-shapefile
      ${geotools.version}
    

    
    
      org.geotools
      gt-main
      ${geotools.version}
    

    
      org.geotools
      gt-swing
      ${geotools.version}
    
    
      org.geotools
      gt-geojson
      ${geotools.version}
    
    
      org.geotools
      gt-geometry
      ${geotools.version}
    
    
    
      com.vividsolutions
      jts
      1.13
    


    
      org.geotools
      gt-geojson
      ${geotools.version}
    

   
      ca.pjer
      ekmeans
      2.0.0
      compile
    
實現過程

結果類 KmeanPolygonResult

package com.huifer.planar.asEt.entity;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import org.locationtech.jts.geom.Geometry;
import org.locationtech.jts.geom.Point;
import org.locationtech.jts.geom.Polygon;

/**
 * 

Title : KmeanPolygonResult

*

Description : Kmean+泰森多邊形平分多邊形結果

* * @author huifer * @date 2019-01-16 */ @Data @NoArgsConstructor @AllArgsConstructor public class KmeanPolygonResult { /** * 原始平面 */ private Polygon polygon; /** * 隨機點集合 */ private ArrayList pointList; /** * 分組后組id */ private int[] assignments; /** * 中心集合 */ private double[][] centroids; /** * xlist */ private ArrayList xlist; /** * ylist */ private ArrayList ylist; /** * 構造泰森多邊形 */ private List voronoi; }

k-means 聚合類

package com.huifer.planar.asEt.utils;

import ca.pjer.ekmeans.EKmeans;
import lombok.Data;

/**
 * 

Title : Kmeans

*

Description : Kmeans 聚合

* * @author huifer * @date 2019-01-15 */ @Data public class Kmeans { /*** * 聚合總量 */ private int n; /*** * 數據集合 */ private double[][] points; /** * 簇族數量 */ private int k; /** * 中心集合 */ private double[][] centroids; /** * 分組后組id */ private int[] assignments; public Kmeans(double[][] points, int k) { this.n = points.length; this.points = points; this.k = k; this.centroids = new double[k][2]; init(); } /** * 求得分組數據 */ public void init() { EKmeans eKmeans = new EKmeans(centroids, points); eKmeans.setIteration(128); eKmeans.setEqual(true); eKmeans.setDistanceFunction(EKmeans.EUCLIDEAN_DISTANCE_FUNCTION); eKmeans.run(); int[] assignments = eKmeans.getAssignments(); this.assignments = assignments; double[][] centroids = eKmeans.getCentroids(); this.centroids = centroids; } }

泰森多邊形構造

package com.huifer.planar.asEt.algo.impl;

import com.huifer.planar.asEt.algo.VoronoiInterface;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
import org.geotools.geometry.jts.JTSFactoryFinder;
import org.locationtech.jts.geom.Coordinate;
import org.locationtech.jts.geom.Envelope;
import org.locationtech.jts.geom.Geometry;
import org.locationtech.jts.geom.Point;
import org.locationtech.jts.triangulate.VoronoiDiagramBuilder;
import org.locationtech.jts.triangulate.quadedge.QuadEdgeSubdivision;

/**
 * 

Title : VoronoiInterfaceImpl

*

Description : 泰森多邊形 & 德勞內三角形

* * @author huifer * @date 2019-01-16 */ public class VoronoiInterfaceImpl implements VoronoiInterface { @Override public List voronoi(double[][] doubles) { return voronoi(doublesToCoordinate(doubles)); } @Override public Collection delaunay(double[][] doubles) { return delaunay(doublesToCoordinate(doubles)); } @Override public List voronoi(ArrayList points) { List voronoi = voronoi(pointToCoordinate(points)); return voronoi; } @Override public Collection delaunay(ArrayList points) { Collection delaunay = delaunay(pointToCoordinate(points)); return delaunay; } private List doublesToCoordinate(double[][] doubles) { List coords = new ArrayList(); for (int i = 0; i < doubles.length; i++) { Coordinate coord = new Coordinate(doubles[i][0], doubles[i][1], i); coords.add(coord); } return coords; } private List pointToCoordinate(ArrayList points) { List coords = new ArrayList(); for (int i = 0; i < points.size(); i++) { Coordinate coord = new Coordinate(points.get(i).getX(), points.get(i).getY(), i); coords.add(coord); } return coords; } private VoronoiDiagramBuilder getVoronoiDiagramBuilder(List coords) { VoronoiDiagramBuilder voronoiDiagramBuilder = new VoronoiDiagramBuilder(); Envelope clipEnvelpoe = new Envelope(); voronoiDiagramBuilder.setSites(coords); voronoiDiagramBuilder.setClipEnvelope(clipEnvelpoe); return voronoiDiagramBuilder; } @Override public List voronoi(List coords) { VoronoiDiagramBuilder voronoiDiagramBuilder = getVoronoiDiagramBuilder( coords); Geometry geom = voronoiDiagramBuilder .getDiagram(JTSFactoryFinder.getGeometryFactory()); List voronoi = new ArrayList<>(); int numGeometries = geom.getNumGeometries(); for (int i = 0; i < numGeometries; i++) { Geometry geometryN = geom.getGeometryN(i); voronoi.add(geometryN); } return voronoi; } @Override public Collection delaunay(List coords) { VoronoiDiagramBuilder voronoiDiagramBuilder = getVoronoiDiagramBuilder(coords); QuadEdgeSubdivision subdivision = voronoiDiagramBuilder.getSubdivision(); Collection delaunay = subdivision.getEdges(); return delaunay; } }

Kmeans 切割面類

package com.huifer.planar.asEt.algo.impl;

import com.huifer.planar.asEt.algo.KmeanPolygonSplitInterface;
import com.huifer.planar.asEt.algo.VoronoiInterface;
import com.huifer.planar.asEt.entity.KmeanPolygonResult;
import com.huifer.planar.asEt.utils.Kmeans;
import com.huifer.planar.asEt.utils.shptools.overlay.Operation;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import org.locationtech.jts.geom.Coordinate;
import org.locationtech.jts.geom.Geometry;
import org.locationtech.jts.geom.Point;
import org.locationtech.jts.geom.Polygon;
import org.locationtech.jts.io.ParseException;

/**
 * 

Title : KmeanPolygonSplitCore

*

Description : Kmean split polygon core

* * @author huifer * @date 2019-01-16 */ public class KmeanPolygonSplitCore implements KmeanPolygonSplitInterface { private static double random(double max, double min) { double d = (Math.random() * (max - min) + min); return d; } @Override public KmeanPolygonResult splitPolygon(String wkt, int setp, int k) throws ParseException { Operation op = new Operation(); KmeanPolygonResult result = new KmeanPolygonResult(); Polygon polygon = op.createPolygonByWKT(wkt); Coordinate[] coordinates = polygon.getCoordinates(); ArrayList xList = new ArrayList<>(); ArrayList yList = new ArrayList<>(); Arrays.stream(coordinates).forEach( s -> { xList.add(s.x); yList.add(s.y); } ); // xy 最大最小值 Double xMax = xList.stream().reduce(Double::max).get(); Double xMin = xList.stream().reduce(Double::min).get(); Double yMax = yList.stream().reduce(Double::max).get(); Double yMin = yList.stream().reduce(Double::min).get(); // 當前點數量 int pointCount = 0; ArrayList pointArrayList = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) { // 最大最小值隨機 if (pointCount <= setp) { double rx = random(xMax, xMin); double ry = random(yMax, yMin); Point nowPoint = op.createPointByWkt("POINT(" + rx + " " + ry + ")"); boolean contains = polygon.contains(nowPoint); if (contains) { pointArrayList.add(nowPoint); pointCount++; } } else { break; } } // k-means 數據 構造 double[][] kmData = new double[pointArrayList.size()][2]; for (int i = 0; i < pointArrayList.size(); i++) { Point point = pointArrayList.get(i); double[] oneData = new double[2]; oneData[0] = point.getX(); oneData[1] = point.getY(); kmData[i] = oneData; } // k-means 結果 Kmeans kmeans = new Kmeans(kmData, k); // 構造泰森多邊形 VoronoiInterface vo = new VoronoiInterfaceImpl(); List voronoi = vo.voronoi(kmeans.getCentroids()); result.setPolygon(polygon); result.setPointList(pointArrayList); result.setAssignments(kmeans.getAssignments()); result.setCentroids(kmeans.getCentroids()); result.setXlist(xList); result.setYlist(yList); result.setVoronoi(voronoi); return result; } }
結果展示

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