#CSP202309B. 坐标变换(其二)

    ID: 476 Type: Default 2000ms 512MiB Tried: 18 Accepted: 3 Difficulty: 2 Uploaded By: Tags>CSP算法基础前缀和计算几何坐标变换线性代数矩阵乘法

坐标变换(其二)

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经过测试,官方数据测试点 17~20 与实际答案的绝对误差大于 0.1(某种意义上可以说是数据错误)。本评测链接需要你进行相对精细化的运算过程设计,从而保证精度误差不大于 0.1。我们为此提供了相对原题更加详细的提示。

时间限制: 2.0 秒

空间限制: 512 MB

题目描述

对于平面直角坐标系上的坐标 (x,y)(x, y),小 P 定义了如下两种操作:

  1. 拉伸 kk 倍:横坐标 xx 变为 kxkx,纵坐标 yy 变为 kyky;
  2. 旋转 θ\theta:将坐标 (x,y)(x, y) 绕坐标原点 (0,0)(0, 0) 逆时针旋转 θ\theta 弧度(0≤θ<2π0 \leq \theta < 2 \pi)。易知旋转后的横坐标为 xcos⁡θ−ysin⁡θx \cos \theta - y \sin \theta,纵坐标为 xsin⁡θ+ycos⁡θx \sin \theta + y\cos \theta。

设定好了包含 nn 个操作的序列 (t1,t2,⋯ ,tn)(t_1, t_2, \cdots, t_n) 后,小 P 又定义了如下查询:

  • i j x yi\ j\ x\ y:坐标 (x,y)(x, y) 经过操作 ti,⋯ ,tjt_i, \cdots, t_j(1≤i≤j≤n1 \leq i \leq j \leq n)后的新坐标。

对于给定的操作序列,试计算 mm 个查询的结果。

输入格式

从标准输入读入数据。

输入共 n+m+1n+m+1 行。

输入的第一行包含空格分隔的两个正整数 nn 和 mm,分别表示操作和查询个数。

接下来 nn 行依次输入 nn 个操作,每行包含空格分隔的一个整数(操作类型)和一个实数(kk 或 θ\theta),形如 1 k1 \ k(表示拉伸 kk 倍)或 2 θ2 \ \theta(表示旋转 θ\theta)。

接下来 mm 行依次输入 mm 个查询,每行包含空格分隔的四个整数 i,j,x,yi,j,x,y,含义如前文所述。

输出格式

输出到标准输出。

输出共 mm 行,每行包含空格分隔的两个实数,表示对应查询的结果。

10 5
2 0.59
2 4.956
1 0.997
1 1.364
1 1.242
1 0.82
2 2.824
1 0.716
2 0.178
2 4.094
1 6 -953188 -946637
1 9 969538 848081
4 7 -114758 522223
1 9 -535079 601597
8 8 159430 -511187
-1858706.758 -83259.993
-1261428.46 201113.678
-75099.123 -738950.159
-119179.897 -789457.532
114151.88 -366009.892

样例 1 解释

第五个查询仅对输入坐标使用了操作八:拉伸 0.7160.716 倍。

横坐标:159430×0.716=114151.88159430 \times 0.716 = 114151.88

纵坐标:−511187×0.716=−366009.892-511187 \times 0.716 = -366009.892

由于具体计算方式不同,程序输出结果可能与真实值有微小差异,样例输出仅保留了三位小数。

子任务

80%80\% 的测试数据满足:n,m≤1000n, m \leq 1000;

全部的测试数据满足:

  • n,m≤105n, m \leq 10^{5};
  • 输入的坐标均为整数且绝对值不超过 10610^{6};
  • 单个拉伸操作的系数 k∈[0.5,2]k \in [0.5, 2];
  • 输入的 kk 与 θ\theta 均采用普通十进制记法(不使用科学记数法),小数点后最多有 33 位(因此输入旋转角度满足 0.000≤θ≤6.2830.000\leq\theta\leq6.283);整数视为有 00 位小数;
  • 任意操作区间 ti,⋯ ,tjt_i, \cdots, t_j(1≤i≤j≤n1 \leq i \leq j \leq n)内拉伸系数 kk 的乘积在 [0.001,1000][0.001, 1000] 范围内。

评分方式

如果你输出的浮点数与参考结果相比,满足绝对误差不大于 0.10.1,则该测试点满分,否则不得分。

提示

旋转角度具有 2π2\pi 的周期。采用前缀角度求和时,可以在每次累加后对 2π2\pi 取模,使前缀角度保持在一个周期内,减少大角度累计带来的精度损失。

C/C++ 可用 fmod(x, y) 或 fmodl(x, y) 计算浮点余数,后者对应 long double;例如 sa[i] = fmodl(sa[i - 1] + theta, 2 * pi);。应在累加前缀时控制角度大小,仅在查询时取模不能消除此前累加产生的误差。

若前缀角度已经逐次取模,查询时直接使用 angle = sa[r] - sa[l - 1]; 即可。结果可能为负数,但 sin、cos 对负角度同样适用。再计算 fmod(angle + 2 * pi, 2 * pi) 只是将等价角度移到非负区间,并不提供额外精度保证;使用 long double 时应对应使用 fmodl。

本题的输出坐标可能较大,中间计算的微小误差会被放大。使用角度前缀时,普通 double 即使在每次累加后取模,也可能超过本题的绝对误差要求,仍需注意存储与计算精度。建议输出保留足够的小数位,例如小数点后 1010 位;增加输出位数只能减少打印时的舍入误差,不能修正中间计算的误差。

  • C/C++:若采用前缀角度累加,建议使用有效精度高于 double 的 long double 保存前缀积、前缀角度和坐标;具体精度由编译器决定。输入使用 scanf("%Lf", &x);,输出可使用 printf("%.10Lf", x);,三角函数使用 cosl()、sinl(),取模使用 fmodl()。例如 const long double pi = acosl(-1.0L);,角度更新为 angle = fmodl(angle + theta, 2 * pi);。也可以使用 cin 和 cout 输入输出。
  • Python:float 通常也是 64 位二进制浮点数,不会自动提供更高的小数精度。可使用标准库 decimal.Decimal 维护角度和等中间量,从输入字符串直接构造,先以足够精度的 2π2\pi 约化角度,再转换为 float 调用 math.cos()、math.sin()。输出时保留足够的小数位。
  • Java:可以用两个 double 值分别表示复数的实部和虚部,把拉伸记为 k+0ik+0\mathrm{i},旋转记为cos⁡θ+isin⁡θ\cos\theta+\mathrm{i}\sin\theta,维护变换的前缀乘积。查询时通过复数相除消去左端点之前的前缀,再乘坐标 x+iyx+\mathrm{i}y。这种方法直接维护变换,避免累计角度;三角函数使用 Math.cos()、Math.sin(),输出保留足够的有效数字。