我们工科生经常要处理数据,大家在处理数据的过程中遇到圆拟合的问题,一般会用到最小包容圆,最小外接圆,最小二乘拟合圆,最小区域法(遗传算法,粒子群算法),这里为了方便大家参考,提供C++实现最小二乘法,最小包容圆法,最小区域法(粒子群算法)的算法。话不多说,先上在Qt中的运行结果:
如图红色的点是随机生成的,图一中随机点在以原点为圆心,半径为10的圆内随机生成。其余两个图中点的范围在以原点为圆心,半径为9.5和10.5的同心圆范围内。黑色的线为拟合的圆。可以看到最小区域法的拟合比较精确。
下面附上三个算法代码的源文件和头文件(Qt中的代码,和C++稍微有一点不同,主要是为了可视化。大家可以根据需要自行修改。)
#ifndef LEASTSQUAREMETHODFITTINGCIRCLE_H
#define LEASTSQUAREMETHODFITTINGCIRCLE_H
#include <QList>
typedef struct pointInfo
{
double x;
double y;
double radius;
}pointInfo;
pointInfo LSFit(QList<pointInfo> &Point); //最小二乘圆拟合函数
#endif // LEASTSQUAREMETHODFITTINGCIRCLE_H
#include "leastsquaremethodfittingcircle.h"
/* 最小二乘法圆拟合函数 */
pointInfo LSFit(QList<pointInfo> &Point)
{
pointInfo tempPoint; //定义临时变量,存储最小二乘圆心坐标
double X1=0,Y1=0,X2=0,Y2=0,X3=0,Y3=0;
double X1Y1=0,X1Y2=0,X2Y1=0;
int N=Point.size();
for(int i=0;i<Point.size();i++)
{
double x=Point.at(i).x;
double y=Point.at(i).y;
double x2=x*x,y2=y*y;
X1+=x;
Y1+=y;
X2+=x2;
Y2+=y2;
X3+=x*x2;
Y3+=y*y2;
X1Y1+=x*y;
X1Y2+=x*y2;
X2Y1+=x2*y;
}
double a=0,b=0,c=0;
double C1=0,D1=0,E1=0,G1=0,H1=0;
C1=N*X2-X1*X1;
D1=N*X1Y1-X1*Y1;
E1=N*X3+N*X1Y2-(X2+Y2)*X1;
G1=N*Y2-Y1*Y1;
H1=N*X2Y1+N*Y3-(X2+Y2)*Y1;
a=(H1*D1-E1*G1)/(C1*G1-D1
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