当前课程知识点:计算几何 > 04. Voronoi Diagram > D. Complexity > 04-D-02. Proof
那么这样一个结论又当如何证明呢
我们来看这样一个简要的证明
为此我们需要考察一个量
我们记做大写的D
D是什么呢
是在Voronoi图中
所有的cell
或者我们称之为面
face的周长总和
我们说Voronoi图
经过了刚才那样一个改造之后
依然是一幅平面图
所以在这样的一幅图中
如果我们考察这个指标D的话
我们就会发现
每一条边都会对它贡献恰好2
所以这就是为什么D
会恰好等于2e
从另一个角度来看
经过刚才的改造之后
每一个cell
或者这里所说的face
都是封闭的
所以它至少都有三条边围成
当然有的可能会更多边
但是至少是三条边构成的
所以我们说每一个face
所至少贡献的那个三条边
累积在一起
应该也不会超过总体的周长D
这样的话我们就得到了左侧的
这个不等式
OK 这个时候我们可以把D划掉
得到一个结论是什么呢
就是3f f就是指这里的面的个数
是不会超过2e
这是我们的第一个依据
第二个依据非常有名
也就是所谓的欧拉公式
我们知道欧拉敏锐的就指出来
在任何一幅平面图中
顶点的数目v
减掉边的数目e
再加上面的数目f再减掉c
也就是连通域的数目
number of connected component
最后会恒等于1
欧拉的这个公式非常伟大
我们不妨这里来通过两个例子体会一下
先看下面这个例子
它拥有4个顶点
5条边和3张face
我们可以看到
其中有两张是有界的
外面这个outer face是无界的
所以这就是为什么
4减掉5再加3再减1会等于1
再来看上面这个图
这个图总共有7个顶点
然后有11条边
以及6张face
其中也是有一张
唯一的outer face 无界
那么我们针对这样的一个图
套用欧拉公式也会发现
依然是成立的
因为7剪掉11再加上6再减掉1
同样是等于1
欧拉公式还适用于c不等于1的情况
比如在这里头
我们如果把这两幅图合在一起
看作是一幅图的话
那么c就会变成2像这样
那么它们合在一起以后会怎么样呢
它们顶点的总和变成了11
它们的边的总数变成了16
它们的面的总数呢
表面看是6加3
但实际上别忘了
outer face会合二为一
所以实际上还要减回去一个1
这就是为什么这个数是8
而且它的连通的域的数目
从原来的各自的1合在一起以后
刚才说了变成了2
所以你也可以验证一下
这个时候这个等式依然是成立的
好了 当然对于Voronoi图来说
我们这里c总是固定的等于1
因为它自己就是连通的
好了 这样的话
我们就得到了一个不等式和一个等式
如果我们将它联立起来
把它们视作一个方程组的话
我们就会发现
这里共有两个方程三个未知数
剩下的工作
我想应该已经比较简单了
我们把这个留给你
作为课后的任务
我们的提示是
你可以在这个里头将v消掉
从而得到e关于f的一个不等式
也可以反过来将e消掉
从而得到v关于f的一个不等式
我们知道这里的f
也就是面或者是单元的数目
实际上就是n sites的数目
我想只要你的推导是正确的话
你应该就能得到
我们刚才所给出的那个结论
也就是对于由n个site所生成的
那个Voronoi图
其中顶点的数目也就是v
或者是边的数目e
都与之呈线性关系
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