【分享编程遇到的点点滴滴】

最近在一个行为仿真的项目中，遇到了一个仿真场景的初始化问题，具体是关于随机圆的不重叠分布。完成编程和测试之后，梳理了一下代码，概要性的写了一下总结。

其中编程和测试语言使用的是C++。

编程任务

编程要实现的具体任务是，在一个2000x2000的正方形区域内，随机位置分布1000个圆，并且每个圆的半径随机在0到50之间。

在这里，我把这种随机坐标和随机半径的圆称为：随机园。

为了方便定位位置，在这里引入二维坐标系。

设2000x2000正方形区域的中心在二维坐标系的坐标原点处，正方形区域的四个顶点的坐标分别为(1000,1000)、(-1000,1000)、(-1000,-1000)、(-1000,-1000)。

编程思路

• 在预先设想好的正方形区域内，依次随机分布坐标不同的1000个点。即是分布点的x坐标和y坐标，都是在—1000和1000之间的随机数。
• 考虑把分布的坐标不同的点，转换成分布的圆。每个点的坐标即为圆的圆心坐标，且每个圆的半径初始化为0到50之间的随机数。
• 以上分布圆心坐标时，一开始并没有考虑圆的半径，所以，有可能会遇到两个圆之间有部分相互重叠的情况。解决方案是，考虑在分布圆时，不断地检测此次分布的圆，是否会与其他已经在正方形场景中存在的圆产生部分重叠。如果产生重叠，则此次分布的圆不加入场景，重新再生成和分布随机圆。
• 如此反复，直至满足分布满1000个圆的情况。

编程逻辑

测试代码

#include

代码模块解释

• 生成随机圆

随机圆包含的属性有圆心坐标、圆半径。其中，圆心坐标格式为（x，y），分布在二维空间。

在二维空间中的一点，可以用以下结构体表示：

struct 

在二维空间中的一个圆有两个参数，分别是圆心坐标和圆半径，可以用下面的结构体来表示：

struct 

生成一个随机圆也就是，生成一个圆，这个圆的圆心坐标点和圆半径，都是由随机函数生成的随机数。

随机函数 int rand(void) 是包含在头文件stdlib.h中的一个库函数。它的返回值是0到RAND_MAX的随机数。RAND_MAX是在头文件stdlib.h中的一个宏定义，代表的数值为32767。

在C++编程中，使用rand()时包含头文件iostream.h就行了。因为头文件iostream.h中包含了头文件stdlib.h。

如果想要在自定义区间内生成随机数，可以利用rand()函数。(float)rand()/RAND_MAX生成在区间[0,1]中的随机小数。

如果想要生成在区间[min,max]中的随机小数，可以是在已经生成区间[0,1]中的随机小数的前提下，乘以(max-min)完成区间尺度缩放，再加上min完成区间平移。这样，最后生成的随机数便是在区间[min,max]中的随机小数。用函数的形式表示如下：

float 

随机圆的生成需要两个参数，分别是随机圆的圆心坐标和随机圆半径，其中这里的圆心坐标又包含x坐标和y坐标。

设正方形的边长为areaLength，正方形的中心是二维坐标系的原点，随机圆半径允许的最大值为maxRadius，则创建随机圆的表示如下：

Circle 

• 检测生成的随机圆是否和已在场景中的圆有部分区域重叠

检测生成的随机圆是否和已在场中的圆有重叠区域。如果有重叠区域，那么这次生成的随机圆不加入场景中，重新生成随机圆并且重新进行检测。如果没有重叠区域，那么就把生成的随机圆加入到场景中。

首先，把已经在场景中的圆，存放在容器vector中。之后新生成的随机圆检测与场景中已经存在的圆是否有重叠区域时，直接遍历容器vector，与容器vector中的每个元素（也就是已经在场景中的圆）挨个测试。定义容纳场景中已经存在的圆的容器为全局变量，表示为：

vector

检测两个圆是否有重叠区域时，只要比较两个圆之间的圆心距离，是否小于两个圆的半径之和。两个圆圆心之间的距离为，根号下的x坐标差的平方加上y坐标差的平方。

由于计算机计算乘法要比计算开根号快的多，所以我们在这里做比较时，直接比较距离的平方和半径和的平方，比较结果也是距离与半径和的比较结果。函数表示为：

bool 

场景中已存在的圆已经在容器vector中，新生成的随机圆与场景中已经存在的圆，也就是容器vector中的元素，依次测试就行了。

如果在测试期间容器有一个圆与新生成的随机圆有区域重叠，那么这次新生成的随机圆失效，重新生成随机圆再测试。

如果遍历完容器中所有圆后，没有发现哪个圆与新生成的随机圆有重叠区域，那么这次随机圆生成成功。检测随机圆是否生成成功的函数表示为：

bool 

• 如果满足区域不重叠条件则把新生成的随机圆加入到场景中

如果满足要求，那么就把随机圆加入到场景中，也即是容器vector中。

把新生成的随机圆加入到容器vector中，需要用到容器中的push_back函数。push_back函数的作用是在容器的尾部添加新的元素。代码表示为：

if 

• 检测场景中圆的数量是否已经达到了设定的数目

检测场景中圆的数量是否已经达到了设定的数目。如果未达到，那么再生成新的随机圆继续循环。如果达到了，那么就结束循环，输出每个在场景中的圆的圆心坐标和半径。

检测场景中的已存在圆的数量需要自定义一个变量，设为currentCircleNum。每当有新的随机圆加入场景时，currentCircleNum自增一。

整个程序在每轮循环过程中，都要检测是否场景中已存在圆的数量已经达到设定值。如果达到了，就跳出循环，进行下一步的输出行为。如果没达到，就继续循环生成新的随机圆。

while 

• 显示或打印在场景中的圆的圆心坐标和半径

显示或打印在场景中的圆的圆心坐标和半径，用以检查是否符合规范。

这里打印生成的最终结果，利用C++的输入输出流。其中setiosflags()、setw()函数用来调输出格式，代码表示如下：

void