Изменения

'''Триангуляция полигона''' - — декомпозиция внутренней области многоугольника <tex>P</tex> на множество треугольников, внутренние области которых попарно не пересекаются и объединение которых в совокупности составляет <tex>P</tex>. В строгом смысле слова, вершины этих треугольников должны совпадать с вершинами исходного многоугольника. Триангуляция любого многоугольника не единственна. В этом можно убедиться из примера на рисунке. [[Файл:2_examples_of_tringl.jpg‎|300px|thumb|right|Два способа триангуляции одной и той же фигуры]] == Постановка задачи == На плоскости задан произвольный многоугольник. Стороны многоугольника не пересекаются. Требуется найти его триангуляцию. == Теорема о существовании трингуляции == '''Простым многоугольником''' является фигура, ограниченная одной замкнутой ломаной, стороны которой не пересекаются. Таким образом, случаи многоугольников с дырками в теореме исключаются.{{Теорема|about = О существовании триангуляции многоугольника|statement =У любого простого <tex>n</tex>-вершинного многоугольника <tex>P</tex> всегда существует триангуляция, причём количество треугольников в ней <tex>n - 2</tex> независимо от самой триангуляции.|proof=[[Файл:Proof theorem.jpg|200px|thumb|right|Два случая в доказательстве теоремы]]Доказательство ведётся индуктивно по <tex>n</tex>. При <tex>n = 3</tex> теорема тривиальна. Рассмотрим случай при <tex>n > 3</tex> и предположим, что теорема выполняется при всех <tex>m < n</tex>. Докажем существование диагонали в многоугольнике <tex>P</tex>. Возьмём самую левую по оси <tex>x</tex> вершину <tex>v</tex> многоугольника <tex>P</tex> и две смежных с ней вершины <tex>u</tex> и <tex>w</tex>. Если отрезок <tex>uw</tex> принадлежит внутренней области <tex>P</tex> — мы нашли диагональ. В противном случае, во внутренней области треугольника <tex>\Delta uwv</tex> или на самом отрезке <tex>uw</tex> содержится одна или несколько вершин <tex>P</tex>. Выберем самую наиболее далеко отстоящую от <tex>uw</tex> вершину <tex>v'</tex>. Отрезок, соединяющий <tex>v</tex> и <tex>v'</tex> не может пересекать сторон <tex>P</tex>, поскольку в противном случае одна из вершин это отрезка будет располагаться дальше от <tex>uw</tex>, чем <tex>v'</tex>. Это противоречит условию выбора <tex>v'</tex>. В итоге получаем, что <tex>v'v</tex> — диагональ. Любая диагональ делит <tex>P</tex> на два многоугольника <tex>P_1</tex> и <tex>P_2</tex>. За <tex>m_1</tex> и <tex>m_2</tex> обозначим количество вершин в <tex>P_1</tex> и <tex>P_2</tex> соответственно. <tex>m_1 < n</tex> и <tex>m_2 < n</tex>, поэтому по предположению индукции у <tex>P_1</tex> и <tex>P_2</tex> существует триангуляция, следовательно и у <tex>P</tex> она существует. Докажем, что триангуляция <tex>P</tex> состоит из <tex>n - 2</tex> треугольников. Рассмотрим произвольную диагональ <tex>d</tex> в триангуляции <tex>T_P</tex>. <tex>d</tex> делит <tex>P</tex> на два многоугольника <tex>P_1</tex> и <tex>P_2</tex>, количество вершин в которых <tex>m_1</tex> и <tex>m_2</tex> соответственно. Каждая вершина <tex>P</tex> встречается только в одном из двух многоугольников <tex>P_1</tex> и <tex>P_2</tex>, за исключением тех, которые являются концами <tex>d</tex>, поэтому справедливо следующее: <tex>m_1 + m_2 = n + 2</tex>. По индукции, любая триангуляция <tex>P_i</tex> состоит из <tex>m_i - 2</tex> треугольников, откуда следует, что <tex>T_P</tex>. состоит из <tex>(m_1 - 2) + (m_2 - 2) = n - 2</tex> треугольников.}} == Способы нахождения триангуляции ===== Примитивный алгоритм ===В общем случае в произвольном <tex>n</tex>-угольнике всего <tex>n^2</tex> возможных вариантов построения диагоналей. За <tex>\mathcal{O}(n)</tex> проверим каждый из них. Для этого выясним:* пересекает ли данная диагональ многоугольник — находится за линейное время проверкой по всем рёбрам* принадлежит ли диагональ внутренней область многоугольника.Чтобы построить триангуляцию нужно найти <tex>n - 3</tex> диагоналей. В результате получается оценка <tex>\mathcal{O}(n^4)</tex>.  Для некоторых классов многоугольников предыдущую оценку можно улучшить. Например, если многоугольник выпуклый, то достаточно лишь выбирать одну его вершину и соединять со всеми остальными, кроме его соседей. В итоге оценка <tex>\mathcal{O}(n)</tex>. === Монотонный метод === {{Определение|definition=Простой многоугольник <tex>P</tex> называется '''монотонным''' относительно прямой <tex>l</tex>, если любая <tex>l'</tex>, такая что <tex>l' \perp l</tex>, пересекает стороны <tex>P</tex> не более двух раз (результатом пересечения <tex>l'</tex> и <tex>P</tex> может быть только один отрезок или точка).}} {{Определение|definition=Многоугольник, монотонный относительно <tex>y</tex>-оси называется '''<tex>y</tex>-монотонным'''.}}  Суть данного метода заключается в том, чтобы разбить многоугольник на монотонные части, а затем триангулировать каждую из них.==== Разбиение многоугольника на монотонные части ========= Основные понятия =====[[Файл:Split-merge.png|500px|thumb||Пять типов вершин]] Рассмотрим самую верхнюю — максимальную по оси <tex>y</tex> вершину. Будем идти вниз по рёбрам до самой нижней — соотвественно минимальной по <tex>y</tex> вершине, то есть таким образом, что для некоторой вершины <tex>j</tex>: <tex>y_j > y_{j+1}</tex>. '''Поворотной''' назовём вершину <tex>i</tex>, на которой направление обхода будет меняется: <tex>y_{i-1} > y_i</tex> и <tex>y_i < y_{i+1}</tex>. Опишем более подробно этот тип вершин. Уточним понятния ''выше'' и ''ниже'': точка <tex>p</tex> лежит ''ниже'' точки <tex>q</tex>, если <tex>p_y < q_y</tex> или если <tex>p_y < q_y</tex> и <tex>p_x > q_x</tex>, соответственно точка <tex>p</tex> лежит ''выше'' точки <tex>q</tex>, если <tex>p_y > q_y</tex> или если <tex>p_y = q_y</tex> и <tex>p_x < q_x</tex>. Это было сделано для того, чтобы избежать неопределённых ситуаций с вершинами, у которых <tex>y</tex>-координаты равны. Обозначим за <tex>\phi</tex> внутренний угол при некоторой вершине вершине и определим далее пять типов вершин, четыре из которых являются поворотными:* '''''start вершина''''' — два её соседа лежат ниже её самой и <tex> \phi < \pi </tex>* '''''split вершина''''' — два её соседа лежат ниже её самой и <tex> \phi > \pi </tex>* '''''end вершина''''' — два её соседа лежат выше её самой и <tex> \phi < \pi </tex>* '''''merge вершина''''' — два её соседа лежат выше её самой и <tex> \phi > \pi </tex>* '''''regular вершина''''' — не является поворотной, в отличие от остальных, другими словами один её сосед находится выше, а другой ниже её самой. {{Лемма|statement=Многоугольник <tex>P</tex> является <tex>y</tex>-монотонным, когда в нём отсутствуют split и merge вершины.|proof=Предположим, что <tex>P</tex> не <tex>y</tex>-монотонный. Тогда докажем, что <tex>P</tex> содержит split и merge вершины. Поскольку <tex>P</tex> не <tex>y</tex>-монотонный, горизонтальная прямая <tex>l</tex> пересекает его стороны более двух раз. Выберем <tex>l</tex> таким образом, чтобы самой левой компонентой пересечения <tex>l</tex> и <tex>P</tex> был бы отрезок <tex>pq</tex>. Далее будем двигаться наверх по сторонам <tex>P</tex>, начиная от точки <tex>q</tex>. В результате в некоторой точке <tex>r</tex>, где <tex>r \neq p</tex> (случай '''(a)''' на рисунке), прямая <tex>l</tex> снова пересечёт одну из сторон <tex>P</tex>. Отсюда самая высокая точка, которую мы достигли во время движения по сторонам <tex>P</tex>, будет split вершиной. [[Файл:Proof_lemma.jpg|450px]] Если же <tex>r = p</tex> (случай '''(b)''' на рисунке), начём опять двигаться по сторонам <tex>P</tex> теперь уже вниз. Как и в предыдущем случае найдётся некоторая точка <tex>r'</tex>, которая будет результатом пересечения <tex>l</tex> и <tex>P</tex>. При этом <tex>r' \neq p</tex>, в противном случае <tex>l</tex> будет пересекать <tex>P</tex> только два раза, то есть <tex>P</tex> будет <tex>y</tex>-монотонным, что противоречит нашему предположению. Аналогично предыдущему случаю, выберем теперь самую низкую точку, которую мы достигли во время движения по сторонам P. Она будет merge вершиной.}} ===== Алгоритм =====Чтобы сделать многоугольник монотонным, нужно избавиться от split и merge вершин путём проведения непересекающихся дигоналей из таких вершин. Рассмотрим заметающую прямую <tex>l</tex>, перпендукулярную <tex>y</tex>-оси, будем перемещать её сверху вниз вдоль плоскости на которой лежит исходный многоугольник<tex>P</tex>. Будем останавливать её в каждой вершине многоугольника. В тот момент, когда на пути заметающей прямой встречается split или merge вершина её нужно соединить с вершиной, у которой расстояние до <tex>l</tex> минимально, при этом она должна лежать соответственно выше или ниже <tex>l</tex>.[[Файл:Split_case.jpg|200px|thumb|right|Обработка ''split'' вершины <tex>v_i</tex>]] Рассмотрим каждый случай подробнее:  1) '''''Split вершина'''''. Пусть <tex>e_j</tex> и <tex>e_k</tex> — ближайшее левое и правое ребро относительно split вершины <tex>v_i</tex>, которые <tex>l</tex> пересекает в данный момент. Нам нужно найти вершину, лежащую между <tex>e_j</tex> и <tex>e_k</tex>, наиболее приближённую к <tex>l</tex>, либо если такой точки не существет выбрать минимальную из верхних вершин <tex>e_j</tex> и <tex>e_k</tex>. Для этого будем хранить указатель на искомую вершину у левого ребра <tex>e_j</tex>, который можно заранее вычислить. Тип вершины, хранящийся в <tex>helper</tex> не имеет значения. Таким образом, чтобы построить диагональ для split вершины нужно обратиться к указателю <tex>helper</tex> её левого ребра, которое <tex>l</tex> пересекает в данный момент. 2) '''''Merge вершина'''''. В отличие от случая со split вершиной заранее вычислить указатель <tex>helper</tex> нельзя, поскольку merge вершина <tex>v_i</tex> должна быть соединена с вершиной, лежащей ниже заметающей прямой <tex>l</tex>. Для этого в <tex>helper</tex> левого относительно <tex>v_i</tex> ребра запишем саму <tex>v_i</tex>. Далее спускаем заметающую прямую вниз к следующей вершине <tex>v_m</tex>, обращаемся к <tex>helper</tex>'у её левого ребра. Проверяем, если там хранится merge вершина, строим диагональ <tex>v_{i}v_{m}</tex>. Последняя проверка осуществляется для любого типа вершины, кроме split, согласно п.1.[[Файл:Merge_case_1_2.jpg|500px|thumb|center|Обработка ''megre'' вершины <tex>v_i</tex>. На рисунке слева <tex>v_i</tex> записывается в качестве <tex>helper</tex>'а своего левого ребра. На правом рисунке ближайшая вершина <tex>v_m</tex> при обращении к своему левому ребру <tex>helper(e_j)</tex> находит <tex>v_i</tex> и образует диагональ <tex>v_{i}v_m</tex>]] ===== Структуры данных =====В подходе, описанном выше, требуется находить пересечения заметающей прямой и левых ребёр многоугольника. Создадим двоичное дерево поиска <tex>T</tex>, в листьях которого будем хранить рёбра, пересекающие <tex>l</tex>, такие, что внутренняя область многоугольника будет лежать справа от них самих. С каждым таким ребром будем хранить его <tex>helper</tex>. Порядок следования листьев в дереве соответствует порядку следования рёбер в многоугольнике: слева направо. Дерево изменяется в зависимости от текущего состояния заметающей прямой. Создадим приоритетную очередь <tex>Q</tex> из вершин, в которой приоритетом будет <tex>y</tex>-координата вершины. Если две вершины имеют одинаковые <tex>y</tex>-координаты, больший приоритет у левой. Вершины будут добавляться на "остановках" заметающей прямой. Многоугольник <tex>P</tex> и добавленные в процессе диагонали удобно хранить в виде спика <tex>D</tex> рёбер с двойными связями (''DCEL — doubly-connected edge list''), так как потом это обеспечит эффективный доступ к каждой из частей, которые нужно будет триангулировать. ===== Псевдокод =====  MakeMonotone(P) Construct(D); Construct(Q); // функция Construct создаёт объекты <tex>D</tex> и <tex>Q</tex> , описанные выше. bst T = new bst(); while Q <tex> \neq \varnothing </tex> Remove <tex>v_{max}</tex> from Q // удаление вершины с наивысшим приоритетом из <tex>Q</tex> switch (Type_of_vertex(<tex>v_{max}</tex>)): //определение типа вершины case 'start': HandleStartVertex(<tex>v_{max}</tex>); case 'end': HandleEndVertex(<tex>v_{max}</tex>); case 'split': HandleSplitVertex(<tex>v_{max}</tex>); case 'merge': HandleMergeVertex(<tex>v_{max}</tex>); case 'regular': HandleRegularVertex(<tex>v_{max}</tex>); [[Файл:Split-merge - result.png|470px]] Опишем теперь каждый метод из последнего switch:  HandleStartVertex(<tex>v_{i}</tex>) Insert <tex>e_{i}</tex> in T <tex>helper(e_{i}) \leftarrow v_i</tex>  HandleSplitVertex(<tex>v_{i}</tex>) edge <tex>e_j</tex> = <tex>l \cap P</tex> Search <tex>e_j</tex> in T Insert edge(<tex>v_{i}</tex>, <tex>helper(e_{i})</tex>) in D <tex>helper(e_{j}) \leftarrow v_i</tex> Insert <tex>e_{i}</tex> in T <tex>helper(e_{i}) \leftarrow v_i</tex> В последующих трех функциях обработки вершины <tex>v_i</tex> происходит обращение к смежному ребру <tex>e_{i-1}</tex>. Это сделано для вершин, относительно которых внутренняя область <tex>P</tex> лежит справа от них самих (вершина <tex>v_6</tex>), либо для двух подряд идущих merge вершин, таких как <tex>v_2</tex> и <tex>v_8</tex>.  HandleEndVertex(<tex>v_{i}</tex>) if (Type_of_vertex(<tex>helper(e_{i-1})</tex> = 'merge') Insert edge(<tex>v_{i}</tex>, <tex>helper(e_{i-1})</tex>) in D Delete <tex>e_{i-1}</tex> from T  HandleMergeVertex(<tex>v_{i}</tex>) if (Type_of_vertex(<tex>helper(e_{i-1})</tex> = 'merge') Insert edge(<tex>v_{i}</tex>, <tex>helper(e_{i-1})</tex>) in D Delete <tex>e_{i-1}</tex> from T edge <tex>e_j</tex> = <tex>l \cap P</tex> Search <tex>e_j</tex> in T if (Type_of_vertex(<tex>helper(e_{j})</tex> = 'merge') Insert edge(<tex>v_{i}</tex>, <tex>helper(e_{j})</tex>) in D <tex>helper(e_{j}) \leftarrow v_i</tex>  HandleRegularVertex(<tex>v_{i}</tex>) if (interior of <tex>P</tex> lies to the right of <tex>v_{i}</tex>) then if (Type_of_vertex(<tex>helper(e_{i-1})</tex> = 'merge') Insert edge(<tex>v_{i}</tex>, <tex>helper(e_{i-1})</tex>) in D Delete <tex>e_{i-1}</tex> from T Insert <tex>e_{i}</tex> in T <tex>helper(e_{i}) \leftarrow v_i</tex> else edge <tex>e_j</tex> = <tex>l \cap P</tex> Search <tex>e_j</tex> in T if (Type_of_vertex(<tex>helper(e_{j})</tex> = 'merge') Insert edge(<tex>v_{i}</tex>, <tex>helper(e_{j})</tex>) in D <tex>helper(e_{j}) \leftarrow v_i</tex> ===== Корректность ===== {{Лемма|statement=Функция ''MakeMonotone(P)'' корректно выполняет разбиение многоугольника <tex>P</tex>. Другими словами эта функция добавляет в <tex>P</tex> множество непересекающихся диагоналей, которые разбивают <tex>P</tex> на монотонные части.|proof=Тот факт, что <tex>P</tex> разбивается на монотонные части следует из предыдущей леммы.Остаётся доказать, что диагонали, построенные в процессе выполнения алгоритма, не попарно не пересекаются и не пересекают стороны <tex>P</tex>.  Рассмотрим случай выполнения функции ''HandleSplitVertex'', поскольку это наиболее общий случай: split вершина может быть соединена со всеми типами вершин, в отличие от остальных функций (в них рассматриваемая в данный момент вершина может быть соединена только с merge вершиной).  Допустим, что диагональ <tex>v_{i}v_{m}</tex> была построена с помощью ''HandleSplitVertex'' по достижению split вершины <tex>v_i</tex>. Рассмотрим четырёхугольник <tex>H</tex>, заключённый между <tex>e_j</tex> и <tex>e_k</tex> - левым и правым ребром относительно <tex>v_i</tex> и горизонтальными прямыми, проведёнными через <tex>v_i</tex> и <tex>v_m</tex>. Внутри <tex>H</tex>, не может находиться ни одной из вершин <tex>P</tex>, в противном случае <tex>helper(e_j)</tex> не равнялся бы <tex>v_m</tex>. Предположим теперь, что <tex>v_{i}v_{m}</tex> пересекает <tex>e_s</tex> одну из сторон <tex>P</tex>. Учитывая, что никаких вершин <tex>P</tex> не лежит внутри <tex>H</tex> и стороны <tex>P</tex> не пересекаются, то <tex>e_s</tex> должна пересечь либо отрезок, соединяющий <tex>e_j</tex> и <tex>v_m</tex>, либо <tex>e_j</tex> и <tex>v_i</tex>.[[Файл:Pic_of_correctness.jpg‎|400px|thumb|right|1) Вершин внутри <tex>H</tex> находиться не может; 2) <tex>v_{i}v_m</tex> может пересекать только рёбра, помеченные зелёным]] Такое возможно только в случае, когда точками пересечения будут являться <tex>v_i</tex> или <tex>v_m</tex>, что не противоречит условию. Отсюда <tex>v_{i}v_{m}</tex> не пересекает ни одну из сторон <tex>P</tex> в посторонних точках.  Теперь рассмотрим случай с пересечением добавленной ранее диагональю. Поскольку внутри <tex>H</tex> никаких вершин вершин находиться не может, и оба конца любой добавленной ранее диагонали должны лежать выше <tex>v_i</tex>, диагональ <tex>v_{i}v_m</tex> не может пересекать никакую из ранее добавленных диагоналей. }} ===== Оценкка работы =====Построение описанной выше приоритетной очереди <tex>Q</tex> происходит за линейное время. Когда заметающая прямая останавливается в вершине: операции с очередью занимают константу по времени, операции с деревом <tex>T</tex> на запросы и обновления требуют <tex>\mathcal{O}(\mathcal \log(n))</tex>. Добавление диагонали в <tex>D</tex> требует <tex>\mathcal{O}(1)</tex>. В итоге обработка каждой вершины требует <tex>\mathcal{O}(\log(n))</tex>, а весь алгоритм соответственно <tex>\mathcal{O}(n \log(n))</tex>. Что касается памяти, она очевидно составляет <tex>\mathcal{O}(n) </tex>. Очередь <tex>Q</tex> и дерево <tex>T</tex> занимают линейную память. [[Файл:Triangulationg intro.jpg|170px|thumb|right|Зелёным помечена так называемая воронка, которая образуется, когда мы достигнем красной вершины]]==== Триангуляция монотонного многоугольника ==== ===== Идея =====Будем проходить сверху вниз по вершинам многоугольника проводя диагонали где это возможно. Отсортируем все вершины многоугольника <tex>P</tex> в порядке убывания их <tex>y</tex>-координаты. Заведём стек вершин <tex>S</tex>. В стеке будем хранить вершины в отсортированном порядке, которые были обработаны, но не были отрезаны от многоугольника, то есть находятся в той части многоугольника, которая ещё не была триангулирована. В момент обработки некоторой вершины, будем пытаться провести из неё как можно больше диагоналей к вершинам, содержащимся в стеке. Эти диагонали отрезают треугольники от <tex>P</tex>. На вершине стека будет храниться вершина, которая будет обрабатываться последней. Часть многоугольника <tex>P</tex>, лежащая выше последней обработанной вершины <tex>v_i</tex> и которая ещё не была триангулирована имеет форму перевёрнутой воронки (см. рисунки). Одна сторона воронки состоит из одной из сторон <tex>P</tex>, а другая состоит из цепи вершин, которые лежат выше <tex>v_i</tex> и внутренние углы которых не меньше <tex>\pi</tex>. Несложно догадаться, что самая нижняя вершина стека является единственной выпуклой. Несложно также заметить, что при обработке следующей вершины свойство перевёрнутой воронки сохранится, то есть оно является инвариантом алгоритма. [[Файл:Triang_alg_case1.jpg|200px|thumb|right|Первый случай. Синим помечены стороны воронки, зелёным — диагонали, а жёлтым границы новой ещё не протриангулированной области]]===== Алгоритм =====Рассмотрим процесс обработки вершины более подробно. Возможны два случая:* Текущая вершина <tex>v_j</tex> является нижним концом стороны <tex>e</tex>, ограничивающего воронку. Вершины противоположной цепи уже были положены в стек. В этом случае можно просто построить диагонали, соединяющие <tex>v_j</tex> со всеми вершинами, находящимися в стеке, кроме последней. Последняя вершина в стеке уже соединена с <tex>v_j</tex> стороной <tex>e</tex>. Часть многоугольника <tex>P</tex>, лежащая выше <tex>v_j</tex>, которая не была триангулирована, ограничена диагональю, которая соединяет <tex>v_j</tex> с вершиной <tex>v_{s1}</tex>, которая была первой в стеке. Сторона многоугольника <tex>P</tex>, выходящая из <tex>v_{s1}</tex> направлена вниз. Снова образуется фигура c одним выпуклым углом, похожая на воронку — инвариант сохраняется. Вершины <tex>v_j</tex> и <tex>v_{s1}</tex> кладутся в стек, поскольку они были были обработаны, но по прежнему являются вершинами непротриангулированной части <tex>P</tex>. * Вершина <tex>v_j</tex> принадлежит последовательной цепи вершин, добавленных в <tex>S</tex>. Вынем из стека верхнюю вершину <tex>v_{s1}</tex> — она уже соединена с <tex>v_{j}</tex> одной из сторон <tex>P</tex>. Затем будем пытаться выстраивать диагонали, соединяющие <tex>v_{j}</tex> c вынимаемыми из стека вершинами пока это возможно. Проверку на возможность построения диагонали <tex>v_{j}v_{k}</tex>, где <tex>v_{k}</tex> — текущая верхняя вершина стека, можно осуществлять посредством изучения взаимного расположения предыдущей вершины, вынутой из <tex>S</tex>, относительно <tex>v_{j}v_{k}</tex>. Когда мы достигнем вершины <tex>v_{k}</tex>, до которой невозможно провести диагональ, положим предыдущую вершину <tex>v_{k-1}</tex> обратно в стек. Вершина <tex>v_{k-1}</tex> является либо последней, до которой было возможно провести диагональ, либо, если ни одной диагонали из <tex>v_{j}</tex> провести не удалось, — соседом <tex>v_{j}</tex>. Далее положим <tex>v_{j}</tex> в стек. Опять же инвариант непротриангулированной части <tex>P</tex> сохраняется: одна сторона воронки ограничена частью стороны многоугольника, а другая цепью невыпуклых вершин.[[Файл:Triang alg case2.jpg|500px|thumb|center|Второй случай. Синим помечена цепь из вершин, которая содержится в стеке <tex>S</tex> на момент достижения вершины <tex>v_j</tex>, рыжей помечена первая вершина, до которой невозможно провести диагональ, жёлтой помечена новая нетриангулированная область <tex>P</tex> в форме воронки]] ===== Псевдокод ===== Как ранее уже было отмечено, задаём <tex>P</tex> в виде рёберного списка c двойными связями <tex>D</tex>. TriangulateMonotonePolygon(P) vertex [n] V = new vertex(P); // массив вершин <tex>P</tex>, отсортированный по y-координате в порядке убывания. stack S = new stack(); S.push(V[1]); S.push(V[2]); for j \leftarrow 3 to n - 1 if (V[j] = S.peek()) while (S <tex>\neq \varnothing </tex>) if (S.size() <tex>\neq</tex> 1) Insert edge(V[j], S.peek()) in D S.pop() S.push(V[j-1]) S.push(V[j]); else vertex last = S.peek(); S.pop(); while (IsValidDiagonal(edge(V[j], S.peek()), last)) //проверка возможности построения диагонали — предикат "левый поворот" last = S.peek(); S.pop(); Insert edge(V[j], last) in D S.push(last); S.push(V[j]); S.pop() while (S <tex>\neq \varnothing </tex>) if (S.size() <tex>\neq</tex> 1) Insert edge(V[j], S.peek()) in D S.pop() ===== Корректность =====* Все построенные диагонали попарно не пересекаются. Это гарантируется тем, что при каждом просмотре определённой вершины рассматривается только та часть <tex>P'</tex> многоугольника <tex>P</tex>, которая не была протриангулирована, следовательно внутри этой области по определению не может лежать ни одной из уже построенных диагоналей. Несложно заметить, что в стеке <tex>S</tex> на каждой итерации главного цикла хранятся вершины, которые принадлежат именно <tex>P'</tex> и лежат выше рассматриваемой вершины.* Количество построенных диагоналей всегда будет <tex>n-3</tex>, поэтому непротриангулированных частей в многоугольнике не останется. ===== Оценка работы ===== Построение массива вершин требует линейное время и занимает линейную память. Главный цикл ''for'' выполняется <tex>n-3</tex> раза. Каждая его итерация может потребовать линейное время. Однако заметим, что на каждой итерации главного цикла в стек кладутся максимум две вершины, следовательно общее число выполнения операции ''push'', включая первые две вершины, положенные в начале алгоритма, ограничено <tex>2n-4</tex>. Количество операций ''pop'' за время работы алгоритма не превысит количества операций ''push''. Отсюда общее время работы цикла ''for'' <tex>\mathcal{O}(n)</tex>. В итоге общее время работы <tex>\mathcal{O}(n)</tex>. ==== Общая оценка ====Разбиение многоугольника на монотонные части занимает <tex>\mathcal{O}(n \log n)</tex> времени и <tex>\mathcal{O}(n)</tex> памяти. Триангуляция каждой из частей занимает линейную память и время. Учитывая то, что суммарное количество вершин во всех частях <tex>\mathcal{O}(n)</tex>, триангуляция всех частей займёт <tex>\mathcal{O}(n)</tex> по времени и по памяти. В итоге общая оценка составляет <tex>\mathcal{O}(n \log n)</tex> по времени и <tex>\mathcal{O}(n)</tex> по памяти. ==== Прочие случаи ====[[Файл:Monotone with holes.png|350px|thumb|right|Пример отверстия в форме монотонного многоугольника. У него обязательно будут существовать start и end вершина, если рассматривать его как обычный многоугольник. Однако, когда он станет полигональным отверстием, в силу определения start и end вершины обратятся в split и merge, которые соединятся с какими-то вершинами внешнего контура]]Алгоритм так же работает и для частных случаев, например для многоугольника с полигональным отверстием. Такой многоугольник будет поделен на части без отверстий и будет успешно триангулирован. Это обуславливается тем, что хотя бы две вершины, принадлежащих отверстию будут split и merge (см. рисунок). Диагональ от таких вершин можно провести только до вершин внешнего контура, а поскольку у внутреннего отверстия хотя бы одна split и одна merge вершина весь многоугольник будет разделён как минимум на две части. === Ушной метод ===// ещё допишу.