creativecreatorormaybenot：
問題
私はポイントしか持つことができます与えられた点、およそ与えられた半径の円内にあるすべてのピクセルを取得したい座標の整数キャンバスにすなわちピクセルを、。
だから私は、与えられた黄色の領域内のすべてのポイントを取得したい(x, y)とr。
アプローチ
私は考えることができる最も効率的な方法は、広場の周りをループしている(x, y)と確認しユークリッド距離、各ポイントのを：
for (int px = x - r; px <= x + r; px++) {
for (int py = y - r; py <= y + r; py++) {
int dx = x - px, dy = y - py;
if (dx * dx + dy * dy <= r * r) {
// Point is part of the circle.
}
}
}
しかし、この手段は、このアルゴリズムは、チェックすることを(r * 2)^2 * (4 - pi) / 4円の一部ではないピクセルを。dx * dx + dy * dy <= r * r、かなり高価思われる、重複はほとんどと呼ばれる1 / 4時間の。
れたもののようなものの統合ここで提案してパフォーマンスを向上させるかもしれません。
for (int px = x - r; px <= x + r; px++) {
for (int py = y - r; py <= y + r; py++) {
int dx = abs(x - px), dy = abs(y - py);
if (dx + dy <= r || (!(dx > r || dy > r) && (dx * dx + dy * dy <= r * r))) {
// Point is part of the circle.
}
}
}
しかし著者として自身がポイントのほとんどは（特に理由の円の内側にあることを行っているとき、これはおそらく速くするつもりはないが、指摘abs）、pi / 4このケースです。
私はこの質問にすべてのリソースを見つけることができませんでした。私はC ++での解決策ではなく、何かのために特別に探していますSQLで。
ティモ：
さてさて、ここで私が約束したベンチマークです。
セットアップ
私が使用し、Googleのベンチマークをし、タスクがに、円のperimiter内のすべてのポイントを挿入することでしたstd::vector<point>。半径のセットと、一定のセンターのためのIのベンチマーク：
radii = {10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000}
center = {100, 500}
- 言語：C ++ 17
- コンパイラ：MSVC 19.24.28316のx64
- プラットフォーム：Windowsの10
- 最適化：O2（フル最適化）
- スレッド：単一スレッドの実行
各アルゴリズムの結果は、（OPSアルゴリズムの出力と比較）正しさについて試験します。
これまでのところ、以下のアルゴリズムがベンチマークされています。
- OPのアルゴリズム
enclosing_square。 - 私のアルゴリズム
containing_square。 - creativecreatorormaybenotのアルゴリズム
edge_walking。 - Mandy007のアルゴリズム
binary_search。
結果
Run on (12 X 3400 MHz CPU s)
CPU Caches:
L1 Data 32K (x6)
L1 Instruction 32K (x6)
L2 Unified 262K (x6)
L3 Unified 15728K (x1)
-----------------------------------------------------------------------------
Benchmark Time CPU Iterations
-----------------------------------------------------------------------------
binary_search/10/manual_time 804 ns 3692 ns 888722
binary_search/20/manual_time 2794 ns 16665 ns 229705
binary_search/50/manual_time 16562 ns 105676 ns 42583
binary_search/100/manual_time 66130 ns 478029 ns 10525
binary_search/200/manual_time 389964 ns 2261971 ns 1796
binary_search/500/manual_time 2286526 ns 15573432 ns 303
binary_search/1000/manual_time 9141874 ns 68384740 ns 77
edge_walking/10/manual_time 703 ns 5492 ns 998536
edge_walking/20/manual_time 2571 ns 49807 ns 263515
edge_walking/50/manual_time 15533 ns 408855 ns 45019
edge_walking/100/manual_time 64500 ns 1794889 ns 10899
edge_walking/200/manual_time 389960 ns 7970151 ns 1784
edge_walking/500/manual_time 2286964 ns 55194805 ns 308
edge_walking/1000/manual_time 9009054 ns 234575321 ns 78
containing_square/10/manual_time 629 ns 4942 ns 1109820
containing_square/20/manual_time 2485 ns 40827 ns 282058
containing_square/50/manual_time 15089 ns 361010 ns 46311
containing_square/100/manual_time 62825 ns 1565343 ns 10990
containing_square/200/manual_time 381614 ns 6788676 ns 1839
containing_square/500/manual_time 2276318 ns 45973558 ns 312
containing_square/1000/manual_time 8886649 ns 196004747 ns 79
enclosing_square/10/manual_time 1056 ns 4045 ns 660499
enclosing_square/20/manual_time 3389 ns 17307 ns 206739
enclosing_square/50/manual_time 18861 ns 106184 ns 37082
enclosing_square/100/manual_time 76254 ns 483317 ns 9246
enclosing_square/200/manual_time 421856 ns 2295571 ns 1654
enclosing_square/500/manual_time 2474404 ns 15625000 ns 284
enclosing_square/1000/manual_time 9728718 ns 68576389 ns 72
コード
完全なテストコードは、以下であるあなたは、コピー＆貼り付けし、それを自分でテストすることができます。fill_circle.cpp異なるアルゴリズムの実装が含まれています。
main.cppに
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <chrono>
#include <benchmark/benchmark.h>
#include "fill_circle.hpp"
using namespace std::string_literals;
std::unordered_map<const char*, circle_fill_func> bench_tests =
{
{"enclosing_square", enclosing_square},
{"containing_square", containing_square},
{"edge_walking", edge_walking},
{"binary_search", binary_search},
};
std::vector<int> bench_radii = {10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000};
void postprocess(std::vector<point>& points)
{
std::sort(points.begin(), points.end());
//points.erase(std::unique(points.begin(), points.end()), points.end());
}
std::vector<point> prepare(int radius)
{
std::vector<point> vec;
vec.reserve(10ull * radius * radius);
return vec;
}
void bm_run(benchmark::State& state, circle_fill_func target, int radius)
{
using namespace std::chrono;
constexpr point center = {100, 500};
auto expected_points = prepare(radius);
enclosing_square(center, radius, expected_points);
postprocess(expected_points);
for (auto _ : state)
{
auto points = prepare(radius);
auto start = high_resolution_clock::now();
target(center, radius, points);
auto stop = high_resolution_clock::now();
postprocess(points);
if (expected_points != points)
{
auto text = "Computation result incorrect. Expected size: " + std::to_string(expected_points.size()) + ". Actual size: " + std::to_string(points.size()) + ".";
state.SkipWithError(text.c_str());
break;
}
state.SetIterationTime(duration<double>(stop - start).count());
}
}
int main(int argc, char** argv)
{
for (auto [name, target] : bench_tests)
for (int radius : bench_radii)
benchmark::RegisterBenchmark(name, bm_run, target, radius)->Arg(radius)->UseManualTime();
benchmark::Initialize(&argc, argv);
if (benchmark::ReportUnrecognizedArguments(argc, argv))
return 1;
benchmark::RunSpecifiedBenchmarks();
}
fill_circle.hpp
#pragma once
#include <vector>
struct point
{
int x = 0;
int y = 0;
};
constexpr bool operator<(point const& lhs, point const& rhs) noexcept
{
return lhs.x != rhs.x
? lhs.x < rhs.x
: lhs.y < rhs.y;
}
constexpr bool operator==(point const& lhs, point const& rhs) noexcept
{
return lhs.x == rhs.x && lhs.y == rhs.y;
}
using circle_fill_func = void(*)(point const& center, int radius, std::vector<point>& points);
void enclosing_square(point const& center, int radius, std::vector<point>& points);
void containing_square(point const& center, int radius, std::vector<point>& points);
void edge_walking(point const& center, int radius, std::vector<point>& points);
void binary_search(point const& center, int radius, std::vector<point>& points);
fill_circle.cpp
#include "fill_circle.hpp"
constexpr double sqrt2 = 1.41421356237309504880168;
constexpr double pi = 3.141592653589793238462643;
void enclosing_square(point const& center, int radius, std::vector<point>& points)
{
int sqr_rad = radius * radius;
for (int px = center.x - radius; px <= center.x + radius; px++)
{
for (int py = center.y - radius; py <= center.y + radius; py++)
{
int dx = center.x - px, dy = center.y - py;
if (dx * dx + dy * dy <= sqr_rad)
points.push_back({px, py});
}
}
}
void containing_square(point const& center, int radius, std::vector<point>& points)
{
int sqr_rad = radius * radius;
int half_side_len = radius / sqrt2;
int sq_x_end = center.x + half_side_len;
int sq_y_end = center.y + half_side_len;
// handle inner square
for (int x = center.x - half_side_len; x <= sq_x_end; x++)
for (int y = center.y - half_side_len; y <= sq_y_end; y++)
points.push_back({x, y});
// probe the rest
int x = 0;
for (int y = radius; y > half_side_len; y--)
{
int x_line1 = center.x - y;
int x_line2 = center.x + y;
int y_line1 = center.y - y;
int y_line2 = center.y + y;
while (x * x + y * y <= sqr_rad)
x++;
for (int i = 1 - x; i < x; i++)
{
points.push_back({x_line1, center.y + i});
points.push_back({x_line2, center.y + i});
points.push_back({center.x + i, y_line1});
points.push_back({center.x + i, y_line2});
}
}
}
void edge_walking(point const& center, int radius, std::vector<point>& points)
{
int sqr_rad = radius * radius;
int mdx = radius;
for (int dy = 0; dy <= radius; dy++)
{
for (int dx = mdx; dx >= 0; dx--)
{
if (dx * dx + dy * dy > sqr_rad)
continue;
for (int px = center.x - dx; px <= center.x + dx; px++)
{
for (int py = center.y - dy; py <= center.y + dy; py += 2 * dy)
{
points.push_back({px, py});
if (dy == 0)
break;
}
}
mdx = dx;
break;
}
}
}
void binary_search(point const& center, int radius, std::vector<point>& points)
{
constexpr auto search = []( const int &radius, const int &squad_radius, int dx, const int &y)
{
int l = y, r = y + radius, distance;
while (l < r)
{
int m = l + (r - l) / 2;
distance = dx * dx + (y - m) * (y - m);
if (distance > squad_radius)
r = m - 1;
else if (distance < squad_radius)
l = m + 1;
else
r = m;
}
if (dx * dx + (y - l) * (y - l) > squad_radius)
--l;
return l;
};
int squad_radius = radius * radius;
for (int px = center.x - radius; px <= center.x + radius; ++px)
{
int upper_limit = search(radius, squad_radius, px - center.x, center.y);
for (int py = 2*center.y - upper_limit; py <= upper_limit; ++py)
{
points.push_back({px, py});
}
}
}