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如何找到两个角度之间的差异?

给定坐标周围的 -PI -> PI 范围内的 2 个角度,它们之间的 2 个角度中最小的值是多少?

考虑到 PI 和 -PI 之间的差异不是 2 PI 而是零。

例子:

想象一个圆,有 2 条线从中心出来,这些线之间有 2 个角度,它们在内侧形成的角度称为较小的角度,而它们在外侧形成的角度也称为较大的角度。两个角加起来就是一个完整的圆。假设每个角度都可以在一定范围内拟合,那么较小的角度值是多少,考虑到翻转

我读了 3 遍才明白你的意思。请添加一个示例,或者更好地解释...
想象一个圆,有两条线从中心向外延伸,这些线之间有 2 个角度,它们在内侧形成的角度称为较小的角度,而它们在外侧形成的角度称为较大的角度。两个角加起来就是一个完整的圆。假设每个角度都可以在一定范围内拟合,那么较小的角度值是多少,考虑到翻转
@吉姆格。这不是同一个问题,在这个问题中,另一个问题中使用的角度 P1 将是不正确的答案,它将是另一个较小的角度。此外,不能保证角度与水平轴一致
如果你使用 Unity c# 脚本,你可以使用 Mathf.DeltaAngle 函数。

b
bennedich

这给出了任何角度的有符号角度:

a = targetA - sourceA
a = (a + 180) % 360 - 180

请注意,在许多语言中,modulo 操作会返回一个与被除数符号相同的值(如 C、C++、C#、JavaScript、full list here)。这需要一个自定义 mod 函数,如下所示:

mod = (a, n) -> a - floor(a/n) * n

或者:

mod = (a, n) -> (a % n + n) % n

如果角度在 [-180, 180] 范围内,这也有效:

a = targetA - sourceA
a += (a>180) ? -360 : (a<-180) ? 360 : 0

以更详细的方式:

a = targetA - sourceA
a -= 360 if a > 180
a += 360 if a < -180

虽然有人可能想做一个 % 360,例如,如果我有角度 0 和目标角度 721,正确答案是 1,上面给出的答案是 361
与后一种方法的第二个语句等效的更简洁但可能更昂贵的语句是 a -= 360*sgn(a)*(abs(a) > 180)。 (想想看,如果您有 sgnabs 的无分支实现,那么该特性实际上可能开始补偿需要两次乘法。)
“任何角度的有符号角度”示例似乎在大多数情况下都适用,但有一个例外。在场景 double targetA = 2; double sourceA = 359; 中,“a”将等于 -357.0 而不是 3.0
在 C++ 中,您可以使用 std::fmod(a,360) 或 fmod(a,360) 来使用浮点模数。
如果 % 运算符在您的语言中表现得像余数(保留符号),您可以简单地添加一个额外的 360 度而不是定义一个模函数:a = (a + 540) % 360 - 180 如上所述,这仅适用于彼此之间 360 度以内的角度,即可能经常是这样。否则:a = ((a % 360) + 540) % 360 - 180
P
Peter B

x 是目标角度。 y 是源或起始角度:

atan2(sin(x-y), cos(x-y))

它返回有符号的增量角。请注意,根据您的 API,atan2() 函数的参数顺序可能会有所不同。


x-y 为您提供角度差异,但可能超出所需范围。想想这个角度定义了单位圆上的一个点。该点的坐标是(cos(x-y), sin(x-y))atan2 返回该点的角度(相当于 x-y),但其范围是 [-PI, PI]。
一个简单的解决方案并为我解决了(不是选定的答案;))。但 tan inverse 是一个代价高昂的过程。
对我来说,最优雅的解决方案。遗憾的是它可能在计算上很昂贵。
对我来说也是最优雅的解决方案!完美地解决了我的问题(想要一个公式,给我带符号的转向角,这是两个可能的转向/角度中较小的一个)。
L
Laurence Gonsalves

如果您的两个角度是 x 和 y,那么它们之间的角度之一是 abs(x - y)。另一个角度是 (2 * PI) - abs(x - y)。所以两个角度中最小的一个值为:

min((2 * PI) - abs(x - y), abs(x - y))

这为您提供了角度的绝对值,并假设输入是标准化的(即:在范围 [0, 2π) 内)。

如果您想保留角度的符号(即:方向)并接受 [0, 2π) 范围之外的角度,您可以概括上述内容。这是通用版本的 Python 代码:

PI = math.pi
TAU = 2*PI
def smallestSignedAngleBetween(x, y):
    a = (x - y) % TAU
    b = (y - x) % TAU
    return -a if a < b else b

请注意,% 运算符在所有语言中的行为并不相同,尤其是在涉及负值时,因此如果移植,可能需要进行一些符号调整。


@bradgonesurfing 这是/是真的,但公平地说,您的测试检查了原始问题中未指定的内容,特别是非标准化输入和符号保留。编辑后的答案中的第二个版本应该通过您的测试。
第二个版本也不适合我。例如尝试 350 和 0。它应该返回 -10 但返回 -350
@kjyv 我无法重现您描述的行为。你能发布确切的代码吗?
啊,对不起。我已经在 python 中再次用 rad 和 degree 准确地测试了你的版本,它工作得很好。所以在我翻译成 C# 时一定是一个错误(不再有它了)。
请注意,从 Python 3 开始,您实际上可以在本地使用 tau!只需写 from math import tau
D
David Jones

我面临提供签名答案的挑战:

def f(x,y):
  import math
  return min(y-x, y-x+2*math.pi, y-x-2*math.pi, key=abs)

啊……顺便说一句,答案是一个 Python 函数。抱歉,我暂时处于 Python 模式。希望没关系。
我将把新公式插入我楼上的代码中,看看结果如何! (谢谢你^_^)
我很确定 PeterB 的回答也是正确的。和邪恶的hackish。 :)
但是这个不包含三角函数:)
java的等价公式是什么?如果角度是度数。?
A
Adriel Jr

C++ 中适用于任何角度的有效代码:弧度和度数是:

inline double getAbsoluteDiff2Angles(const double x, const double y, const double c)
{
    // c can be PI (for radians) or 180.0 (for degrees);
    return c - fabs(fmod(fabs(x - y), 2*c) - c);
}

在这里看到它的工作:https://www.desmos.com/calculator/sbgxyfchjr


J
Josh

对于 UnityEngine 用户,简单的方法就是使用 Mathf.DeltaAngle


没有签名输出
R
Rudolf Meijering

算术(相对于算法)解决方案:

angle = Pi - abs(abs(a1 - a2) - Pi);

如果 abs(a1-a2) >>> 则失败360。改用这个:stackoverflow.com/a/52432897/6050364
E
Eduard

我在 C++ 中使用的一个简单方法是:

double deltaOrientation = angle1 - angle2;
double delta =  remainder(deltaOrientation, 2*M_PI);

这是错误的,我害怕。考虑如果角度1 = 0 和角度2 = pi+c,对于某些c>0。正确答案应该是 -(pi-c),但你的答案是 pi+c。请记住,OP 明确要求较小的角度,并且较小的角度应始终小于或等于 pi。
t
tm_lv

我非常喜欢上面 Peter B 的答案,但是如果您需要一种产生相同结果的简单方法,这里是:

function absAngle(a) { // 这会产生正确的逆时针数字,例如 350deg for -370 return (360 + (a % 360)) % 360; } function angleDelta(a, b) { // https://gamedev.stackexchange.com/a/4472 let delta = Math.abs(absAngle(a) - absAngle(b));让符号 = absAngle(a) > absAngle(b) ||增量 >= 180 ? -1:1;返回 (180 - Math.abs(delta - 180)) * 符号; } // 示例输出 for (let angle = -370; angle <= 370; angle+=20) { let testAngle = 10; console.log(testAngle, "->", angle, "=", angleDelta(testAngle, angle)); }

需要注意的一点是,我故意翻转符号:逆时针增量为负,顺时针为正


U
Uli Gue

无需计算三角函数。 C语言的简单代码是:

#include <math.h>
#define PIV2 M_PI+M_PI
#define C360 360.0000000000000000000
double difangrad(double x, double y)
{
double arg;

arg = fmod(y-x, PIV2);
if (arg < 0 )  arg  = arg + PIV2;
if (arg > M_PI) arg  = arg - PIV2;

return (-arg);
}
double difangdeg(double x, double y)
{
double arg;
arg = fmod(y-x, C360);
if (arg < 0 )  arg  = arg + C360;
if (arg > 180) arg  = arg - C360;
return (-arg);
}

让 dif = a - b ,以弧度为单位

dif = difangrad(a,b);

让 diff = a - b ,以度为单位

dif = difangdeg(a,b);

difangdeg(180.000000 , -180.000000) = 0.000000
difangdeg(-180.000000 , 180.000000) = -0.000000
difangdeg(359.000000 , 1.000000) = -2.000000
difangdeg(1.000000 , 359.000000) = 2.000000

没有罪,没有cos,没有棕褐色,....只有几何!!!!


漏洞!由于您#define PIV2 为“M_PI+M_PI”,而不是“(M_PI+M_PI)”,因此行 arg = arg - PIV2; 扩展为 arg = arg - M_PI + M_PI,因此什么也不做。