Python SciPy spatial.ConvexHull用法及代码示例

本文简要介绍 python 语言中 scipy.spatial.ConvexHull 的用法。

用法:

class  scipy.spatial.ConvexHull(points, incremental=False, qhull_options=None)#

N维的凸包。

参数 ：：

points： 浮点数数组，形状(npoints，ndim)

用于构造凸包的点的坐标

incremental： 布尔型，可选

允许增量添加新点。这会占用一些额外的资源。

qhull_options： str，可选

传递给 Qhull 的其他选项。有关详细信息，请参阅 Qhull 手册。 (默认值：“Qx” 用于 ndim > 4，否则为“”)选项 “Qt” 始终启用。

抛出 ：：

QhullError

当 Qhull 遇到错误条件时引发，例如在未启用解决选项时出现几何退化。

ValueError

如果将不兼容的数组作为输入给出，则引发。

注意：

使用 Qhull library 计算凸包。

参考：

[库尔]

http://www.qhull.org/

例子：

一组随机点的凸包：

>>> from scipy.spatial import ConvexHull, convex_hull_plot_2d
>>> import numpy as np
>>> rng = np.random.default_rng()
>>> points = rng.random((30, 2))   # 30 random points in 2-D
>>> hull = ConvexHull(points)

绘制它：

>>> import matplotlib.pyplot as plt
>>> plt.plot(points[:,0], points[:,1], 'o')
>>> for simplex in hull.simplices:
...     plt.plot(points[simplex, 0], points[simplex, 1], 'k-')

我们也可以直接使用船体的顶点，对于 2-D，这些顶点保证是逆时针顺序：

>>> plt.plot(points[hull.vertices,0], points[hull.vertices,1], 'r--', lw=2)
>>> plt.plot(points[hull.vertices[0],0], points[hull.vertices[0],1], 'ro')
>>> plt.show()

从一点可见的刻面：

创建一个正方形并在正方形上方添加一个点。

>>> generators = np.array([[0.2, 0.2],
...                        [0.2, 0.4],
...                        [0.4, 0.4],
...                        [0.4, 0.2],
...                        [0.3, 0.6]])

使用 QG 选项调用 ConvexHull。 QG4 表示计算不包括点 4 的船体部分，表示从点 4 可见的面。

>>> hull = ConvexHull(points=generators,
...                   qhull_options='QG4')

“good” 数组指示从点 4 可以看到哪些方面。

>>> print(hull.simplices)
    [[1 0]
     [1 2]
     [3 0]
     [3 2]]
>>> print(hull.good)
    [False  True False False]

现在绘制它，突出显示可见的方面。

>>> fig = plt.figure()
>>> ax = fig.add_subplot(1,1,1)
>>> for visible_facet in hull.simplices[hull.good]:
...     ax.plot(hull.points[visible_facet, 0],
...             hull.points[visible_facet, 1],
...             color='violet',
...             lw=6)
>>> convex_hull_plot_2d(hull, ax=ax)
    <Figure size 640x480 with 1 Axes> # may vary
>>> plt.show()

属性 ：：

points： ndarray of double, shape (npoints, ndim)

输入点的坐标。

vertices： 整数的ndarray，形状(nvertices，)

形成凸包顶点的点的索引。对于二维凸包，顶点按逆时针顺序排列。对于其他维度，它们按输入顺序排列。

simplices： 整数的ndarray，形状(nfacet，ndim)

形成凸包的单纯面的点的索引。

neighbors： 整数的ndarray，形状(nfacet，ndim)

每个方面的相邻方面的索引。第 k 个邻居与第 k 个顶点相对。 -1 表示没有邻居。

equations： ndarray of double, shape (nfacet, ndim+1)

[正常，偏移] 形成刻面的超平面方程(更多信息请参见Qhull documentation)。

coplanar： int，形状的ndarray(ncoplanar，3)

共面点的索引以及最近面和最近顶点索引的相应索引。共面点是由于数值精度问题而未包含在三角剖分中的输入点。

如果未指定选项“Qc”，则不计算此列表。

good： bool 或 None 的 ndarray

一维布尔数组，指示哪些方面是好的。与计算好的方面的选项一起使用，例如QGn 和QG-n。好的刻面定义为从点 n 可见 (n) 或不可见 (-n) 的刻面，其中 n 是 ‘points’ 中的第 n 个点。 ‘good’ 属性可以用作‘simplices’ 的索引，以返回好的(可见的)方面：单纯形[good]。刻面仅从船体外部可见，共面性和退化都不算作可见性的情况。

如果未指定 “QGn” 或 “QG-n” 选项，则返回 None。

area： 浮点数

输入维度 > 2 时凸包的表面积。当输入 points 为二维时，这是凸包的周长。

volume： 浮点数

输入维度 > 2 时凸包的体积。当输入 points 为二维时，这是凸包的面积。