
Python实现曲线点抽稀算法的示例
本文介绍了Python实现曲线点抽稀算法的示例,分享给大家,具体如下:
目录
何为抽稀
道格拉斯-普克(Douglas-Peuker)算法
垂距限值法
最后
正文
何为抽稀
在处理矢量化数据时,记录中往往会有很多重复数据,对进一步数据处理带来诸多不便。多余的数据一方面浪费了较多的存储空间,另一方面造成所要表达的图形不光滑或不符合标准。因此要通过某种规则,在保证矢量曲线形状不变的情况下, 最大限度地减少数据点个数,这个过程称为抽稀。
通俗的讲就是对曲线进行采样简化,即在曲线上取有限个点,将其变为折线,并且能够在一定程度保持原有形状。比较常用的两种抽稀算法是:道格拉斯-普克(Douglas-Peuker)算法和垂距限值法。
道格拉斯-普克(Douglas-Peuker)算法
Douglas-Peuker算法(DP算法)过程如下:
1、连接曲线首尾两点A、B;
2、依次计算曲线上所有点到A、B两点所在曲线的距离;
3、计算最大距离D,如果D小于阈值threshold,则去掉曲线上出A、B外的所有点;如果D大于阈值threshold,则把曲线以最大距离分割成两段;
4、对所有曲线分段重复1-3步骤,知道所有D均小于阈值。即完成抽稀。
这种算法的抽稀精度与阈值有很大关系,阈值越大,简化程度越大,点减少的越多;反之简化程度越低,点保留的越多,形状也越趋于原曲线。
下面是Python代码实现:
# -*- coding: utf-8 -*-
"""------------------------------------------------- File Name: DouglasPeuker Description : 道格拉斯-普克抽稀算法 Author : J_hao date: 2017/8/16------------------------------------------------- Change Activity: 2017/8/16: 道格拉斯-普克抽稀算法-------------------------------------------------"""
from __future__ import division
from math import sqrt, pow
__author__ = 'J_hao'
THRESHOLD = 0.0001 # 阈值
def point2LineDistance(point_a, point_b, point_c):
""" 计算点a到点b c所在直线的距离 :param point_a: :param point_b: :param point_c: :return: """
# 首先计算b c 所在直线的斜率和截距
if point_b[0] == point_c[0]:
return 9999999
slope = (point_b[1] - point_c[1]) / (point_b[0] - point_c[0])
intercept = point_b[1] - slope * point_b[0]
# 计算点a到b c所在直线的距离
distance = abs(slope * point_a[0] - point_a[1] + intercept) / sqrt(1 + pow(slope, 2))
return distance
class DouglasPeuker(object):
def__init__(self):
self.threshold = THRESHOLD
self.qualify_list = list()
self.disqualify_list = list()
def diluting(self, point_list):
""" 抽稀 :param point_list:二维点列表 :return: """
if len(point_list) < 3:
self.qualify_list.extend(point_list[::-1])
else:
# 找到与收尾两点连线距离最大的点
max_distance_index, max_distance = 0, 0
for index, point in enumerate(point_list):
if index in [0, len(point_list) - 1]:
continue
distance = point2LineDistance(point, point_list[0], point_list[-1])
if distance > max_distance:
max_distance_index = index
max_distance = distance
# 若最大距离小于阈值,则去掉所有中间点。 反之,则将曲线按最大距离点分割
if max_distance < self.threshold:
self.qualify_list.append(point_list[-1])
self.qualify_list.append(point_list[0])
else:
# 将曲线按最大距离的点分割成两段
sequence_a = point_list[:max_distance_index]
sequence_b = point_list[max_distance_index:]
for sequence in [sequence_a, sequence_b]:
if len(sequence) < 3 and sequence == sequence_b:
self.qualify_list.extend(sequence[::-1])
else:
self.disqualify_list.append(sequence)
def main(self, point_list):
self.diluting(point_list)
while len(self.disqualify_list) > 0:
self.diluting(self.disqualify_list.pop())
print self.qualify_list
print len(self.qualify_list)
if __name__ == '__main__':
d = DouglasPeuker()
d.main([[104.066228, 30.644527], [104.066279, 30.643528], [104.066296, 30.642528], [104.066314, 30.641529],
[104.066332, 30.640529], [104.066383, 30.639530], [104.066400, 30.638530], [104.066451, 30.637531],
[104.066468, 30.636532], [104.066518, 30.635533], [104.066535, 30.634533], [104.066586, 30.633534],
[104.066636, 30.632536], [104.066686, 30.631537], [104.066735, 30.630538], [104.066785, 30.629539],
[104.066802, 30.628539], [104.066820, 30.627540], [104.066871, 30.626541], [104.066888, 30.625541],
[104.066906, 30.624541], [104.066924, 30.623541], [104.066942, 30.622542], [104.066960, 30.621542],
[104.067011, 30.620543], [104.066122, 30.620086], [104.065124, 30.620021], [104.064124, 30.620022],
[104.063124, 30.619990], [104.062125, 30.619958], [104.061125, 30.619926], [104.060126, 30.619894],
[104.059126, 30.619895], [104.058127, 30.619928], [104.057518, 30.620722], [104.057625, 30.621716],
[104.057735, 30.622710], [104.057878, 30.623700], [104.057984, 30.624694], [104.058094, 30.625688],
[104.058204, 30.626682], [104.058315, 30.627676], [104.058425, 30.628670], [104.058502, 30.629667],
[104.058518, 30.630667], [104.058503, 30.631667], [104.058521, 30.632666], [104.057664, 30.633182],
[104.056664, 30.633174], [104.055664, 30.633166], [104.054672, 30.633289], [104.053758, 30.633694],
[104.052852, 30.634118], [104.052623, 30.635091], [104.053145, 30.635945], [104.053675, 30.636793],
[104.054200, 30.637643], [104.054756, 30.638475], [104.055295, 30.639317], [104.055843, 30.640153],
[104.056387, 30.640993], [104.056933, 30.641830], [104.057478, 30.642669], [104.058023, 30.643507],
[104.058595, 30.644327], [104.059152, 30.645158], [104.059663, 30.646018], [104.060171, 30.646879],
[104.061170, 30.646855], [104.062168, 30.646781], [104.063167, 30.646823], [104.064167, 30.646814],
[104.065163, 30.646725], [104.066157, 30.646618], [104.066231, 30.645620], [104.066247, 30.644621], ])
垂距限值法
垂距限值法其实和DP算法原理一样,但是垂距限值不是从整体角度考虑,而是依次扫描每一个点,检查是否符合要求。
算法过程如下:
1、以第二个点开始,计算第二个点到前一个点和后一个点所在直线的距离d;
2、如果d大于阈值,则保留第二个点,计算第三个点到第二个点和第四个点所在直线的距离d;若d小于阈值则舍弃第二个点,计算第三个点到第一个点和第四个点所在直线的距离d;
3、依次类推,直线曲线上倒数第二个点。
下面是Python代码实现:
# -*- coding: utf-8 -*-
"""------------------------------------------------- File Name: LimitVerticalDistance Description : 垂距限值抽稀算法 Author : J_hao date: 2017/8/17------------------------------------------------- Change Activity: 2017/8/17:-------------------------------------------------"""
from __future__ import division
from math import sqrt, pow
__author__ = 'J_hao'
THRESHOLD = 0.0001 # 阈值
def point2LineDistance(point_a, point_b, point_c):
""" 计算点a到点b c所在直线的距离 :param point_a: :param point_b: :param point_c: :return: """
# 首先计算b c 所在直线的斜率和截距
if point_b[0] == point_c[0]:
return 9999999
slope = (point_b[1] - point_c[1]) / (point_b[0] - point_c[0])
intercept = point_b[1] - slope * point_b[0]
# 计算点a到b c所在直线的距离
distance = abs(slope * point_a[0] - point_a[1] + intercept) / sqrt(1 + pow(slope, 2))
return distance
class LimitVerticalDistance(object):
def__init__(self):
self.threshold = THRESHOLD
self.qualify_list = list()
def diluting(self, point_list):
""" 抽稀 :param point_list:二维点列表 :return: """
self.qualify_list.append(point_list[0])
check_index = 1
while check_index < len(point_list) - 1:
distance = point2LineDistance(point_list[check_index],
self.qualify_list[-1],
point_list[check_index + 1])
if distance < self.threshold:
check_index += 1
else:
self.qualify_list.append(point_list[check_index])
check_index += 1
return self.qualify_list
if __name__ == '__main__':
l = LimitVerticalDistance()
diluting = l.diluting([[104.066228, 30.644527], [104.066279, 30.643528], [104.066296, 30.642528], [104.066314, 30.641529],
[104.066332, 30.640529], [104.066383, 30.639530], [104.066400, 30.638530], [104.066451, 30.637531],
[104.066468, 30.636532], [104.066518, 30.635533], [104.066535, 30.634533], [104.066586, 30.633534],
[104.066636, 30.632536], [104.066686, 30.631537], [104.066735, 30.630538], [104.066785, 30.629539],
[104.066802, 30.628539], [104.066820, 30.627540], [104.066871, 30.626541], [104.066888, 30.625541],
[104.066906, 30.624541], [104.066924, 30.623541], [104.066942, 30.622542], [104.066960, 30.621542],
[104.067011, 30.620543], [104.066122, 30.620086], [104.065124, 30.620021], [104.064124, 30.620022],
[104.063124, 30.619990], [104.062125, 30.619958], [104.061125, 30.619926], [104.060126, 30.619894],
[104.059126, 30.619895], [104.058127, 30.619928], [104.057518, 30.620722], [104.057625, 30.621716],
[104.057735, 30.622710], [104.057878, 30.623700], [104.057984, 30.624694], [104.058094, 30.625688],
[104.058204, 30.626682], [104.058315, 30.627676], [104.058425, 30.628670], [104.058502, 30.629667],
[104.058518, 30.630667], [104.058503, 30.631667], [104.058521, 30.632666], [104.057664, 30.633182],
[104.056664, 30.633174], [104.055664, 30.633166], [104.054672, 30.633289], [104.053758, 30.633694],
[104.052852, 30.634118], [104.052623, 30.635091], [104.053145, 30.635945], [104.053675, 30.636793],
[104.054200, 30.637643], [104.054756, 30.638475], [104.055295, 30.639317], [104.055843, 30.640153],
[104.056387, 30.640993], [104.056933, 30.641830], [104.057478, 30.642669], [104.058023, 30.643507],
[104.058595, 30.644327], [104.059152, 30.645158], [104.059663, 30.646018], [104.060171, 30.646879],
[104.061170, 30.646855], [104.062168, 30.646781], [104.063167, 30.646823], [104.064167, 30.646814],
[104.065163, 30.646725], [104.066157, 30.646618], [104.066231, 30.645620], [104.066247, 30.644621], ])
print len(diluting)
print(diluting)
最后
其实DP算法和垂距限值法原理一样,DP算法是从整体上考虑一条完整的曲线,实现时较垂距限值法复杂,但垂距限值法可能会在某些情况下导致局部最优。另外在实际使用中发现采用点到另外两点所在直线距离的方法来判断偏离,在曲线弧度比较大的情况下比较准确。如果在曲线弧度比较小,弯��程度不明显时,这种方法抽稀效果不是很理想,建议使用三点所围成的三角形面积作为判断标准。下面是抽稀效果:
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在 “神经网络与卡尔曼滤波融合” 的理论基础上,Python 凭借其丰富的科学计算库(NumPy、FilterPy)、深度学习框架(PyTorch、T ...
2025-10-23在工业控制、自动驾驶、机器人导航、气象预测等领域,“状态估计” 是核心任务 —— 即从含噪声的观测数据中,精准推断系统的真 ...
2025-10-23在数据分析全流程中,“数据清洗” 恰似烹饪前的食材处理:若食材(数据)腐烂变质、混杂异物(脏数据),即便拥有精湛的烹饪技 ...
2025-10-23在人工智能领域,“大模型” 已成为近年来的热点标签:从参数超 1750 亿的 GPT-3,到万亿级参数的 PaLM,再到多模态大模型 GPT-4 ...
2025-10-22在 MySQL 数据库的日常运维与开发中,“更新数据是否会影响读数据” 是一个高频疑问。这个问题的答案并非简单的 “是” 或 “否 ...
2025-10-22在企业数据分析中,“数据孤岛” 是制约分析深度的核心瓶颈 —— 用户数据散落在注册系统、APP 日志、客服记录中,订单数据分散 ...
2025-10-22在神经网络设计中,“隐藏层个数” 是决定模型能力的关键参数 —— 太少会导致 “欠拟合”(模型无法捕捉复杂数据规律,如用单隐 ...
2025-10-21在特征工程流程中,“单变量筛选” 是承上启下的关键步骤 —— 它通过分析单个特征与目标变量的关联强度,剔除无意义、冗余的特 ...
2025-10-21在数据分析全流程中,“数据读取” 常被误解为 “简单的文件打开”—— 双击 Excel、执行基础 SQL 查询即可完成。但对 CDA(Cert ...
2025-10-21在实际业务数据分析中,我们遇到的大多数数据并非理想的正态分布 —— 电商平台的用户消费金额(少数用户单次消费上万元,多数集 ...
2025-10-20在数字化交互中,用户的每一次操作 —— 从电商平台的 “浏览商品→加入购物车→查看评价→放弃下单”,到内容 APP 的 “点击短 ...
2025-10-20在数据分析的全流程中,“数据采集” 是最基础也最关键的环节 —— 如同烹饪前需备好新鲜食材,若采集的数据不完整、不准确或不 ...
2025-10-20在数据成为新时代“石油”的今天,几乎每个职场人都在焦虑: “为什么别人能用数据驱动决策、升职加薪,而我面对Excel表格却无从 ...
2025-10-18数据清洗是 “数据价值挖掘的前置关卡”—— 其核心目标是 “去除噪声、修正错误、规范格式”,但前提是不破坏数据的真实业务含 ...
2025-10-17在数据汇总分析中,透视表凭借灵活的字段重组能力成为核心工具,但原始透视表仅能呈现数值结果,缺乏对数据背景、异常原因或业务 ...
2025-10-17在企业管理中,“凭经验定策略” 的传统模式正逐渐失效 —— 金融机构靠 “研究员主观判断” 选股可能错失收益,电商靠 “运营拍 ...
2025-10-17在数据库日常操作中,INSERT INTO SELECT是实现 “批量数据迁移” 的核心 SQL 语句 —— 它能直接将一个表(或查询结果集)的数 ...
2025-10-16在机器学习建模中,“参数” 是决定模型效果的关键变量 —— 无论是线性回归的系数、随机森林的树深度,还是神经网络的权重,这 ...
2025-10-16在数字化浪潮中,“数据” 已从 “辅助决策的工具” 升级为 “驱动业务的核心资产”—— 电商平台靠用户行为数据优化推荐算法, ...
2025-10-16在大模型从实验室走向生产环境的过程中,“稳定性” 是决定其能否实用的关键 —— 一个在单轮测试中表现优异的模型,若在高并发 ...
2025-10-15