Javascript - move uma estrela aleatoriamente se a distância média for reduzida
(com uma animação do processo)
Isso não dá uma animação tão ocupada como a minha primeira resposta, tendo longos períodos sem movimento, pois os rearranjos em potencial são testados e rejeitados. No entanto, o resultado final tem uma distância média mais baixa, portanto esse método é uma melhoria.
A abordagem ainda é muito simples:
- Escolha uma estrela aleatoriamente
- Mova-o uma distância aleatória em uma direção aleatória
- Se a distância média for reduzida, mantenha a nova posição
Esse processo é repetido várias vezes, diminuindo gradualmente a quantidade pela qual as estrelas são movidas. A escolha aleatória da distância a ser movida é enviesada em direção a distâncias menores, de modo que o progresso ocorre em pequenas alterações intercaladas com um salto maior ocasional. Cada passo leva mais tempo do que na minha primeira resposta, pois medir a distância média é um processo lento que exige amostragem de todo o cantão.
Conforme exigido pela pergunta, isso não usa a função aleatória incorporada, mas sim o xorshift .
Grande parte do código abrange configuração e animação - a parte que aplica o algoritmo é a função adjustStars
.
Código
Você pode assistir ao processo em andamento no snippet de pilha abaixo.
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>
Saída para 50 estrelas
(largura = 1,4, altura = 1,0)
Distância média estimada em 0,06402754713808706.
Coordenadas:
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