
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
R 语言:数据科学与科研领域的核心工具及优势解析 一、引言 在数据驱动决策的时代,无论是科研人员验证实验假设(如前文中的 T ...
2025-09-08T 检验在假设检验中的应用与实践 一、引言 在科研数据分析、医学实验验证、经济指标对比等领域,常常需要判断 “样本间的差异是 ...
2025-09-08在商业竞争日益激烈的当下,“用数据说话” 已从企业的 “加分项” 变为 “生存必需”。然而,零散的数据分析无法持续为业务赋能 ...
2025-09-08随机森林算法的核心特点:原理、优势与应用解析 在机器学习领域,随机森林(Random Forest)作为集成学习(Ensemble Learning) ...
2025-09-05Excel 区域名定义:从基础到进阶的高效应用指南 在 Excel 数据处理中,频繁引用单元格区域(如A2:A100、B3:D20)不仅容易出错, ...
2025-09-05CDA 数据分析师:以六大分析方法构建数据驱动业务的核心能力 在数据驱动决策成为企业共识的当下,CDA(Certified Data Analyst) ...
2025-09-05SQL 日期截取:从基础方法到业务实战的全维度解析 在数据处理与业务分析中,日期数据是连接 “业务行为” 与 “时间维度” 的核 ...
2025-09-04在卷积神经网络(CNN)的发展历程中,解决 “梯度消失”“特征复用不足”“模型参数冗余” 一直是核心命题。2017 年提出的密集连 ...
2025-09-04CDA 数据分析师:驾驭数据范式,释放数据价值 在数字化转型浪潮席卷全球的当下,数据已成为企业核心生产要素。而 CDA(Certified ...
2025-09-04K-Means 聚类:无监督学习中数据分群的核心算法 在数据分析领域,当我们面对海量无标签数据(如用户行为记录、商品属性数据、图 ...
2025-09-03特征值、特征向量与主成分:数据降维背后的线性代数逻辑 在机器学习、数据分析与信号处理领域,“降维” 是破解高维数据复杂性的 ...
2025-09-03CDA 数据分析师与数据分析:解锁数据价值的关键 在数字经济高速发展的今天,数据已成为企业核心资产与社会发展的重要驱动力。无 ...
2025-09-03解析 loss.backward ():深度学习中梯度汇总与同步的自动触发核心 在深度学习模型训练流程中,loss.backward()是连接 “前向计算 ...
2025-09-02要解答 “画 K-S 图时横轴是等距还是等频” 的问题,需先明确 K-S 图的核心用途(检验样本分布与理论分布的一致性),再结合横轴 ...
2025-09-02CDA 数据分析师:助力企业破解数据需求与数据分析需求难题 在数字化浪潮席卷全球的当下,数据已成为企业核心战略资产。无论是市 ...
2025-09-02Power BI 度量值实战:基于每月收入与税金占比计算累计税金分摊金额 在企业财务分析中,税金分摊是成本核算与利润统计的核心环节 ...
2025-09-01巧用 ALTER TABLE rent ADD INDEX:租房系统数据库性能优化实践 在租房管理系统中,rent表是核心业务表之一,通常存储租赁订单信 ...
2025-09-01CDA 数据分析师:企业数字化转型的核心引擎 —— 从能力落地到价值跃迁 当数字化转型从 “选择题” 变为企业生存的 “必答题”, ...
2025-09-01数据清洗工具全景指南:从入门到进阶的实操路径 在数据驱动决策的链条中,“数据清洗” 是决定后续分析与建模有效性的 “第一道 ...
2025-08-29机器学习中的参数优化:以预测结果为核心的闭环调优路径 在机器学习模型落地中,“参数” 是连接 “数据” 与 “预测结果” 的关 ...
2025-08-29