27. Программирование: #298919
Фрагмент звёздного неба спроецирован на плоскость с декартовой системой координат. Учёный решил провести кластеризацию полученных точек, являющихся изображениями звёзд, то есть разбить их множество на $N$ непересекающихся непустых подмножеств (кластеров), таких, что точки каждого подмножества лежат внутри прямоугольника со сторонами длиной $H$ и $W$, причём эти прямоугольники между собой не пересекаются. Стороны прямоугольников не обязательно параллельны координатным осям. Гарантируется, что такое разбиение существует и единственно для заданных размеров прямоугольников.
Будем называть центром кластера точку (звезду) этого кластера, сумма расстояний от которой до всех остальных его точек минимальна. Для каждого кластера гарантируется единственность его центра. Расстояние между двумя точками на плоскости $A(x_1, y_1)$ и $B(x_2, y_2)$ вычисляется по формуле $d(A, B) = \sqrt{(x_2 — x_1)^2 + (y_2 — y_1)^2}$.
Каждая звезда помимо координат на плоской карте характеризуется своим спектральным классом и классом светимости. Спектральный класс определяет цвет (который связан с температурой звезды) следующим образом.
| Обозначение спектрального класса (латинская буква) | $O$ | $B$ | $A$ | $F$ | $G$ | $K$ | $M$ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Цвет звезды | Голубой | Бело-голубой | Белый | Жёлто-белый | Жёлтый | Оранжевый | Красный |
Каждый из спектральных классов, в свою очередь, делится на подклассы от $0$ до $9$ в порядке уменьшения температуры. Обозначение подкласса ставится после обозначения спектрального класса (например, $B2$). Класс светимости звезды обозначим римскими цифрами от $I$ до $VII$.
| Обозначение класса светимости | $I$ | $II$ | $III$ | $IV$ | $V$ | $VI$ | $VII$ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Светимость | Сверхгигант | Яркий гигант | Гигант | Субгигант | Карлик | Субкарлик | Белый карлик |
В ответе запишите четыре числа через запятую: сначала целую часть абсолютной величины произведения $A_x \times 10,000$, затем целую часть абсолютной величины произведения $A_y \times 10,000$; сначала целую часть произведения $B_1 \times 10,000$, затем целую часть произведения $B_2 \times 10,000$.
Пример организации данных в одном из исходных файлов для случая четырёх звёзд
5,01788 8,32466 G2V
4,289251 6,955186 VII
4,619358 5,524697 B7V
6,91934 20,425391 G2V
Внимание! Пример приведён в иллюстративных целях для произвольных значений, не имеющих отношения к заданию. Для выполнения задания используйте данные из прилагаемых файлов.
Сначала расшифруем обозначения по двум таблицам, иначе задачу не решить. Оранжевый субкарлик — это спектральный класс $K$ и класс светимости $VI$. Жёлто-белый яркий гигант — класс $F$ и светимость $II$. Белый яркий гигант — класс $A$ и светимость $II$. Классы светимости $V$, $VI$ и $VII$ легко перепутать: $K2V$ — это карлик, $K2VI$ — субкарлик, а $VII$ вообще записан без буквы спектрального класса.
Разбор строки. Первые два поля — координаты (с запятой в качестве десятичного разделителя). Третье поле либо равно $VII$, либо устроено как «буква, цифра, римское число». Значит, спектральный класс — это первый символ, а класс светимости — всё начиная с третьего символа (второй символ — подкласс, он нигде не нужен). Белые карлики $VII$ обрабатываем отдельно: спектрального класса у них нет.
Кластеризация. Прямоугольники не пересекаются, поэтому кластеры разделены в пространстве. Разбиваем точки на компоненты связности: объединяем точки, отстоящие друг от друга меньше чем на порог. Здесь порог нужно взять равным $1$: при большем значении два кластера файла $Б$ сливаются в один, и вместо трёх кластеров получаются два. Это важная проверка — количество найденных кластеров должно совпасть с указанным в условии.
Центр кластера — точка самого кластера с минимальной суммой расстояний до остальных, ищем перебором. Считать среднее арифметическое координат нельзя.
import math
from itertools import combinations
def load(name):
P = []
for line in open(name, encoding='utf-8-sig'):
p = line.replace(',', '.').split()
if len(p) < 3:
continue
s = p[2]
sp, lum = (None, 'VII') if s == 'VII' else (s[0], s[2:])
P.append((float(p[0]), float(p[1]), sp, lum))
return P
def center(c):
return min(c, key=lambda a: sum(math.dist(a[:2], b[:2]) for b in c))
def clusters(pts, eps=1.0):
unused, res = set(range(len(pts))), []
while unused:
i = unused.pop(); comp, stack = [i], [i]
while stack:
a = stack.pop()
for j in list(unused):
if math.dist(pts[a][:2], pts[j][:2]) < eps:
unused.discard(j); comp.append(j); stack.append(j)
res.append([pts[k] for k in comp])
return res
A = load('27-07_A.xls')
big = max(clusters(A), key=len) # самый многочисленный кластер
cn = center(big)
sub = [p for p in big if p[2] == 'K' and p[3] == 'VI'] # оранжевые субкарлики
best = min(sub, key=lambda p: math.dist(p[:2], cn[:2]))
print(int(abs(best[0] * 10000)), int(abs(best[1] * 10000)))
B = load('27-07_B.xls')
cl = sorted(clusters(B), key=lambda c: sum(p[2] == 'F' and p[3] == 'II' for p in c))
B1 = math.dist(center(cl[0])[:2], center(cl[-1])[:2])
B2 = max(math.dist(u[:2], v[:2])
for c in cl
for u, v in combinations([p for p in c if p[2] == 'A' and p[3] == 'II'], 2))
print(int(B1 * 10000), int(B2 * 10000))
Результаты для файла $А$. Всего $406$ звёзд, кластеры содержат $189$ и $217$ точек. Больший занимает область $x \in [5{,}14;\ 9{,}74]$, $y \in [18{,}15;\ 21{,}69]$ и укладывается в прямоугольник $6{,}0 \times 5{,}5$. Его центр — звезда $(7{,}637742;\ 19{,}984805)$ класса $M4V$. Оранжевых субкарликов ($K$, $VI$) в этом кластере три; ближайший к центру — звезда $K7VI$ с координатами $(7{,}69655;\ 20{,}155777)$, она удалена от центра на $0{,}1808$. Отсюда $A_x = 7{,}69655$ и $A_y = 20{,}155777$, а после умножения на $10,000$ и отбрасывания дробной части — $76965$ и $201557$.
Результаты для файла $Б$. Всего $1851$ звезда, кластеры содержат $1170$, $393$ и $288$ точек, их центры — $(11{,}783578;\ 25{,}014369)$, $(13{,}255911;\ 36{,}603664)$ и $(18{,}785875;\ 36{,}884352)$. Жёлто-белых ярких гигантов ($F$, $II$) в них $27$, $8$ и $7$ соответственно, то есть меньше всего — в кластере из $288$ точек, больше всего — в кластере из $1170$ точек. Расстояние между их центрами $B_1 = 13{,}7814607$.
Белые яркие гиганты ($A$, $II$) есть во всех трёх кластерах ($21$, $6$ и $6$ штук). Перебирая пары внутри каждого кластера, получаем наибольшее расстояние $B_2 = 3{,}0732468$. Умножаем на $10,000$ и берём целые части: $137814$ и $30732$.