Javascript - случайное перемещение звезды, если среднее расстояние уменьшено
(с анимацией процесса)
Это не дает такой оживленной анимации, как мой первый ответ, с длительными периодами без движения, поскольку потенциальные перестановки проверяются и отклоняются. Однако конечный результат имеет меньшее среднее расстояние, поэтому этот метод является улучшением.
Подход по-прежнему очень прост:
- Выберите звезду наугад
- Переместить это случайное расстояние в случайном направлении
- Если среднее расстояние уменьшается, сохраняйте новую позицию
Этот процесс повторяется большое количество раз, постепенно уменьшая количество, на которое перемещаются звезды. Случайный выбор расстояния для перемещения смещен в сторону меньших расстояний, поэтому прогресс в небольших изменениях перемежается со случайным большим прыжком. Каждый шаг занимает больше времени, чем в моем первом ответе, так как измерение среднего расстояния является медленным процессом, требующим выборки всего кантона.
Как того требует вопрос, здесь не используется встроенная случайная функция, вместо этого используется xorshift .
Большая часть кода охватывает настройку и анимацию - часть, которая применяет алгоритм, является функцией adjustStars
.
Код
Вы можете наблюдать за процессом в фрагменте стека ниже.
stars = [];
timeoutId = 0;
resetRandomNumberGenerator();
function resetRandomNumberGenerator() {
rng_x = 114; // Numbers for the random number generator.
rng_y = 342;
rng_z = 982;
rng_w = 443;
}
$(document).ready(function() {
c = document.getElementById('canton');
ctx = c.getContext('2d');
resizeCanvas();
});
function stop() {
clearTimeout(timeoutId);
}
function arrange() {
clearTimeout(timeoutId);
resetStars();
resetRandomNumberGenerator();
maxStepSize = Math.min(cantonWidth, cantonHeight) / 16;
adjustStars(maxStepSize, 7000, 15000);
}
function resizeCanvas() {
cantonWidth = parseFloat($('#width').val());
cantonHeight = parseFloat($('#height').val());
starRadius = cantonHeight / 20;
document.getElementById('canton').width = cantonWidth;
document.getElementById('canton').height = cantonHeight;
ctx.fillStyle = 'white';
resetStars();
}
function resetStars() {
stop();
stars = [];
population = parseInt($('#stars').val(), 10);
shortSide = Math.floor(Math.sqrt(population));
longSide = Math.ceil(population / shortSide);
if (cantonWidth < cantonHeight) {
horizontalStars = shortSide;
verticalStars = longSide;
} else {
horizontalStars = longSide;
verticalStars = shortSide;
}
horizontalSpacing = cantonWidth / horizontalStars;
verticalSpacing = cantonHeight / verticalStars;
for (var i = 0; i < population; i++) {
x = (0.5 + (i % horizontalStars)) * horizontalSpacing;
y = (0.5 + Math.floor(i / horizontalStars)) * verticalSpacing;
stars.push([x, y]);
}
drawStars();
updateOutputText();
}
function adjustStars(stepSize, maxSteps, numberOfPoints) {
$('#stepsRemaining').text(maxSteps + ' steps remaining');
var points = randomPoints(numberOfPoints);
currentMean = meanDistance(stars, points);
potentialStars = shiftedStars(stepSize);
potentialMean = meanDistance(potentialStars, points);
if (potentialMean < currentMean) {
stars = potentialStars;
}
drawStars();
updateOutputText();
if (maxSteps > 0) {
timeoutId = setTimeout(adjustStars, 10, stepSize * 0.999, maxSteps - 1, numberOfPoints);
}
}
function shiftedStars(stepSize) {
shifted = [];
chosenOne = Math.floor(xorshift() * stars.length);
for (i = 0; i < stars.length; i++) {
star = stars[i];
x = star[0];
y = star[1];
if (i === chosenOne) {
for (n = 0; n < 10; n++) {
x += xorshift() * stepSize;
x -= xorshift() * stepSize;
y += xorshift() * stepSize;
y -= xorshift() * stepSize;
}
if (x < 0) x = 0;
if (x > cantonWidth) x = cantonWidth;
if (y < 0) y = 0;
if (y > cantonHeight) y = cantonHeight;
}
shifted.push([x, y]);
}
return shifted;
}
function meanDistance(arrayOfStars, arrayOfPoints) {
var totalDistance = 0;
for (i = 0; i < arrayOfPoints.length; i++) {
point = arrayOfPoints[i];
x = point[0];
y = point[1];
totalDistance += nearestStarDistance(x, y, arrayOfStars);
}
return totalDistance / arrayOfPoints.length;
}
function randomPoints(numberOfPoints) {
var arrayOfPoints = [];
for (i = 0; i < numberOfPoints; i++) {
x = xorshift() * cantonWidth;
y = xorshift() * cantonHeight;
arrayOfPoints.push([x, y]);
}
return arrayOfPoints;
}
function updateOutputText() {
starText = '';
for (var i = 0; i < stars.length; i++) {
starText += stars[i][0] + ', ' + stars[i][1] + '\n';
}
$('#coordinateList').text(starText);
}
function xorshift() {
rng_t = rng_x ^ (rng_x << 11);
rng_x = rng_y;
rng_y = rng_z;
rng_z = rng_w;
rng_w = rng_w ^ (rng_w >> 19) ^ rng_t ^ (rng_t >> 8);
result = rng_w / 2147483648
return result
}
function nearestStarDistance(x, y, starsToUse) {
var distances = [];
for (var i = 0; i < stars.length; i++) {
star = starsToUse[i];
distances.push(distance(x, y, star[0], star[1]));
}
minimum = Infinity;
for (i = 0; i < distances.length; i++) {
if (distances[i] < minimum) {
minimum = distances[i];
}
}
return minimum;
}
function distance(x1, y1, x2, y2) {
var x = x2 - x1;
var y = y2 - y1;
return Math.sqrt(x * x + y * y);
}
function drawStars() {
ctx.clearRect(0, 0, cantonWidth, cantonHeight);
for (i = 0; i < stars.length; i++) {
star = stars[i];
x = star[0];
y = star[1];
drawStar(x, y);
}
}
function drawStar(x, y) {
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x, y - starRadius);
ctx.lineTo(x - 0.588 * starRadius, y + 0.809 * starRadius);
ctx.lineTo(x + 0.951 * starRadius, y - 0.309 * starRadius);
ctx.lineTo(x - 0.951 * starRadius, y - 0.309 * starRadius);
ctx.lineTo(x + 0.588 * starRadius, y + 0.809 * starRadius);
ctx.fill();
}
canvas {
margin: 0;
border: medium solid gray;
background-color: blue;
}
<script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/2.1.0/jquery.min.js"></script>
<input id='stars' onchange='resetStars()' type='number' value='13' min='13' max='50' maxlength='2' step='1'>stars
<br>
<input id='width' onchange='resizeCanvas()' type='number' value='494' min='1' max='500' maxlength='3' step='any'>width
<br>
<input id='height' onchange='resizeCanvas()' type='number' value='350' min='1' max='500' maxlength='3' step='any'>height
<br>
<button type='button' onclick='resetStars()'>Reset Stars</button>
<button type='button' onclick='arrange()'>Arrange Stars</button>
<button type='button' onclick='stop()'>Stop</button>
<textarea id='stepsRemaining' rows='1' readonly></textarea>
<br>
<canvas id='canton' width='494' height='350'></canvas>
<br>
<textarea id='coordinateList' rows='50' cols='40' readonly></textarea>
Выход за 50 звезд
(ширина = 1,4, высота = 1,0)
Среднее расстояние оценивается в 0,06402754713808706.
Координаты:
0.08147037630270487, 0.07571240182553095
0.24516777356538358, 0.0803538189052793
0.431021735247462, 0.07821284835132788
0.6001163609128221, 0.08278495286739646
0.7668077034213632, 0.0821321119375313
0.941333266969696, 0.08040530195264808
1.1229190363750599, 0.07255685332834291
1.3074771164489858, 0.07681674948141588
0.09227450444336446, 0.2257047798057907
0.33559513774978766, 0.20668611954667682
0.5182463448452704, 0.23841239342827816
0.6630614113293541, 0.26097114328053417
0.821886619004045, 0.23577904321258844
1.012597304977012, 0.23308200382761057
1.174938874706673, 0.22593017096601203
1.3285181935709358, 0.24024108928169902
0.0746772556909648, 0.3920030109869904
0.23006559905554042, 0.3204287339854068
0.4086004105498357, 0.3507788129168045
0.5669847710831315, 0.4371913211100495
0.7399474422203116, 0.41599441829489137
0.9099913571857917, 0.36933063808924294
1.1170137101288482, 0.3905679602615213
1.3037811235560612, 0.3979526346564911
0.09290206345982034, 0.5678420747594305
0.23463227399157258, 0.47552307265325633
0.4042403660145938, 0.5030345851947539
0.6611151741402685, 0.5918138006294138
0.8237963249937061, 0.5663224022272697
0.9812774216782155, 0.5032518469083094
1.146386501309064, 0.570255729516661
1.3185563715676663, 0.5571870810112576
0.07541940949872694, 0.7356649763259809
0.2877585652075202, 0.6321535875762999
0.4952646673275116, 0.6343336480073624
0.6965646728710738, 0.9178076185211137
0.7903485281657828, 0.7508031981325222
0.9774998621426763, 0.6683301268754337
1.1539480102558823, 0.7513836972857155
1.3177199931376755, 0.7245296168327016
0.22215183098388988, 0.7769843436963862
0.4048364942297627, 0.7779653803681718
0.5021290208205218, 0.9254525763987298
0.6058821167972933, 0.7683130432395833
0.8777330967719849, 0.9201076171801651
0.9894820530574747, 0.8172934111543102
1.1143371956097312, 0.9265012354173626
1.3045771339439551, 0.9069856484512913
0.0930066325438706, 0.9157592790749175
0.2959676633891297, 0.9251379492518523