判断回旋镖的存在 | 豆包MarsCode AI刷题

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要判断三个点是否构成一个回旋镖,实际上可以分为两个问题:

  1. 三个点不在同一条直线上:如果三个点在同一条直线上,形成的几何形状是“直线”,而不是回旋镖。我们可以利用向量叉积来判断三点是否共线。

    • 设三个点的坐标为 ( A(x_1, y_1) ), ( B(x_2, y_2) ), ( C(x_3, y_3) ),则它们是否共线,可以通过计算向量 ( AB ) 和 ( AC ) 的叉积来判断。

    • 向量叉积的计算公式是:
      [ \text{叉积}(AB, AC) = (x_2 - x_1) \times (y_3 - y_1) - (y_2 - y_1) \times (x_3 - x_1) ] 如果结果不为零,说明三个点不共线。

  2. 三个点互不相同:这部分可以通过直接比较三个点的坐标来判断。

基于以上的分析,我们可以编写一个判断回旋镖的函数:

def solution(points: list) -> bool:
    # 获取三个点的坐标
    p1, p2, p3 = points
    
    # 判断三个点是否不同
    if p1 == p2 or p2 == p3 or p1 == p3:
        return False
    
    # 计算向量叉积 (p2 - p1) × (p3 - p1)
    cross_product = (p2[0] - p1[0]) * (p3[1] - p1[1]) - (p2[1] - p1[1]) * (p3[0] - p1[0])
    
    # 如果叉积不为 0,说明三个点不在同一条直线上
    return cross_product != 0

# 测试代码
if __name__ == '__main__':
    print(solution(points=[[1, 1], [2, 3], [3, 2]]) == True)  # True, 三点不共线,且不同
    print(solution(points=[[1, 1], [2, 2], [3, 3]]) == False)  # False, 三点共线
    print(solution(points=[[0, 0], [1, 1], [1, 0]]) == True)  # True, 三点不共线,且不同

解析:

  1. 点是否相同:通过简单的比较 p1 == p2p2 == p3p1 == p3 来检查是否有重复的点。
  2. 叉积判断共线性:通过计算向量的叉积来判断三点是否共线。如果叉积为零,说明三点共线,返回 False,否则返回 True

结果:

  • 第一个测试用例 [[1, 1], [2, 3], [3, 2]] 返回 True,因为三点不共线且互不相同。
  • 第二个测试用例 [[1, 1], [2, 2], [3, 3]] 返回 False,因为这三个点共线。
  • 第三个测试用例 [[0, 0], [1, 1], [1, 0]] 返回 True,因为这三个点不共线且互不相同。

复杂度:

  • 时间复杂度:( O(1) ),因为我们只需要进行几个常数时间的计算。
  • 空间复杂度:( O(1) ),只使用了常数空间。

这道题的本质就是几何问题:如何判断三个点是否构成回旋镖。回旋镖的定义其实就可以拆解为几何上的两条条件:不共线且不同点。

几何问题常常能通过向量、叉积、点积等工具来解决。例如,判断三点是否共线,就可以利用向量叉积来避免浮点数精度问题,直接用整数运算来判断。

通过这道题,可以意识到很多看似复杂的几何问题其实可以通过数学上的简化和优化,使得问题变得更加高效。 在本题中,通过简洁的判断点是否相同,以及利用叉积来判断共线性,使得整个算法时间复杂度为O(1),没有多余的计算。