27. Программирование: #298924
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. Бело-голубой яркий гигант — спектральный класс $B$ и светимость $II$. Жёлтый карлик — класс $G$ и светимость $V$. Оранжевый карлик — класс $K$ и светимость $V$. Классы $V$, $VI$ и $VII$ легко перепутать: $K2V$ — карлик, $K2VI$ — субкарлик, а $VII$ записан вообще без буквы.
Разбор строки. Первые два поля — координаты, третье либо равно $VII$, либо устроено как «буква, цифра, римское число». Значит, спектральный класс — первый символ, класс светимости — всё начиная с третьего (второй символ — подкласс, он нигде не нужен). Белые карлики обрабатываем отдельно: спектрального класса у них нет.
Отдельная сложность этих файлов — разнобой в десятичных разделителях: часть чисел записана с точкой и распознана таблицей как число, часть с запятой и осталась текстом, из-за чего некоторые строки склеены в одну ячейку. Поэтому надёжнее собрать текст всей строки, заменить запятые на точки и разделить по пробелам — тогда в любом случае получаются три поля. Именно так работает функция load ниже, читающая .ods напрямую.
Кластеризация. Прямоугольники не пересекаются, поэтому кластеры разделены в пространстве, и достаточно разбить точки на компоненты связности: объединяем точки, отстоящие друг от друга меньше чем на порог. Здесь подходит порог $1{,}0$: при пороге $1{,}5$ два кластера файла $Б$ сливаются в один и вместо трёх получаются два. Проверка простая: количество найденных кластеров должно совпасть с указанным в условии, а каждый кластер — уместиться в прямоугольник $6{,}0 \times 5{,}5$.
Центр кластера — точка самого кластера с минимальной суммой расстояний до остальных, ищем перебором. Считать среднее арифметическое координат нельзя.
import zipfile, math
from xml.etree import ElementTree as ET
from itertools import combinations
T = '{urn:oasis:names:tc:opendocument:xmlns:table:1.0}'
O = '{urn:oasis:names:tc:opendocument:xmlns:office:1.0}'
def load(name):
x = ET.fromstring(zipfile.ZipFile(name).read('content.xml'))
P = []
for r in x.iter(T + 'table-row'):
parts = []
for c in r.iter(T + 'table-cell'):
v = c.get(O + 'value') or ''.join(c.itertext()).strip()
if v: parts.append(v)
tok = ' '.join(parts).replace(',', '.').split() # чиним разнобой форматов
if len(tok) < 3: continue
s = tok[2]
sp, lum = (None, 'VII') if s == 'VII' else (s[0], s[2:])
P.append((float(tok[0]), float(tok[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('27-10_A.ods')
big = max(clusters(A), key=len) # самый многочисленный кластер
cn = center(big)
bb = [p for p in big if p[2] == 'B' and p[3] == 'II']
best = min(bb, key=lambda p: math.dist(p[:2], cn[:2]))
print(int(abs(best[0] * 10000)), int(abs(best[1] * 10000)))
B = load('27-10_B.ods')
cl = sorted(clusters(B), key=lambda c: sum(p[2] == 'G' and p[3] == 'V' 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] == 'K' and p[3] == 'V'], 2))
print(int(B1 * 10000), int(B2 * 10000))
Результаты для файла $А$. Всего $406$ звёзд, кластеры содержат $189$ и $217$ точек. Больший занимает область $x \in [5{,}17;\ 9{,}72]$, $y \in [18{,}00;\ 21{,}78]$ и укладывается в прямоугольник $6{,}0 \times 5{,}5$. Его центр — звезда $K3III$ с координатами $(7{,}809724;\ 19{,}825386)$. Бело-голубых ярких гигантов ($B$, $II$) в этом кластере три; ближайший к центру удалён на $0{,}6126$ и имеет координаты $(8{,}405798;\ 19{,}684129)$. Отсюда $A_x = 8{,}405798$ и $A_y = 19{,}684129$, что после умножения на $10,000$ и отбрасывания дробной части даёт $84057$ и $196841$.
Результаты для файла $Б$. Всего $1851$ звезда, кластеры содержат $1170$, $393$ и $288$ точек с центрами $(11{,}734736;\ 24{,}990912)$, $(13{,}218446;\ 36{,}584488)$ и $(18{,}7851;\ 36{,}95248)$. Жёлтых карликов ($G$, $V$) в них $25$, $8$ и $11$: меньше всего в кластере из $393$ точек, больше всего в кластере из $1170$ точек. Расстояние между их центрами $B_1 = 11{,}6881307$.
Оранжевых карликов ($K$, $V$) в кластерах $24$, $10$ и $2$; перебирая пары внутри каждого кластера, получаем наибольшее расстояние $B_2 = 3{,}891464$. Умножаем на $10,000$ и берём целые части: $116881$ и $38914$.