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2022 | Buch

Algorithmische Geometrie

Grundlagen, Methoden, Anwendungen

verfasst von: Prof. Dr. Rolf Klein, Prof. Dr. Anne Driemel, Dr. Herman Haverkort

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Über dieses Buch

Wie bestimmt man in einer Menge von Punkten am schnellsten zu jedem Punkt seinen nächsten Nachbarn? Wie findet man schnell alle Städte in einem rechteckigen Kartenausschnitt? Wie misst man die Ähnlichkeit von zwei Kurven?Mit solchen Fragen beschäftigt sich die Algorithmische Geometrie. Dieses Buch gibt eine Einführung in algorithmische Techniken wie Sweep, Divide-and-Conquer, randomisierte inkrementelle Konstruktion, Dynamisierung, amortisierte Kostenanalyse und kompetitive Analyse. Es stellt wichtige geometrische Strukturen, wie konvexe Hülle, Voronoi-Diagramm und Delaunay-Triangulation sowie effiziente Datenstrukturen vor.
Diese dritte Auflage wurde gründlich überarbeitet und erweitert. Sie bietet Dozent*innen die Möglichkeit, für Vorlesungen und Seminare eine individuelle Stoffauswahl zu treffen, auch zu weiterführenden Themen wie zum Beispiel ausgewogene höherdimensionale Suchbäume, schnelle Triangulierung, Vapnik-Chervonenkis Dimension, Ähnlichkeitsberechnung von Kurven, Bewegungsplanung und Inzidenzen geometrischer Objekte.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Grundlagen
Zusammenfassung
Bereits im Altertum haben sich Wissenschaftler wie Pythagoras und Euklid mit geometrischen Problemen beschäftigt. Ihr Interesse galt der Entdeckung geometrischer Sachverhalte und deren Beweis. Sie operierten ausschließlich mit geometrischen Figuren (Punkten, Geraden, Kreisen etc.).
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Kapitel 2. Das Sweep-Verfahren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel geht es um eine der vielseitigsten Techniken der Algorithmischen Geometrie: das Sweep-Verfahren. Es handelt sich hierbei um ein Paradigma, also eine algorithmische Technik, mit deren Hilfe man viele Probleme lösen kann.
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Kapitel 3. Geometrische Datenstrukturen
Zusammenfassung
Beim Entwurf von Algorithmen steht man oft vor der Aufgabe, Mengen von Objekten so zu speichern, dass bestimmte Operationen auf diesen Mengen effizient ausführbar sind. Ein prominentes Beispiel stellt der abstrakte Datentyp Verzeichnis (oft auch Wörterbuch oder dictionary genannt) dar; hier sind die zu speichernden Objekte Elemente einer vollständig geordneten Grundmenge, und es sollen die Operationen Einfügen, Entfernen und Suchen ausführbar sein.
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Kapitel 4. Durchschnitte, Zerlegungen und Sichtbarkeit
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden einige geometrische Probleme behandelt, die zu den Klassikern der Algorithmischen Geometrie zählen. Fast alle haben mit der Bildung von Durchschnitten zu tun, mit geschickten Zerlegungen geometrischer Objekte oder mit Sichtbarkeit in einfachen Polygonen. Die Probleme lassen sich leicht formulieren, aber trotzdem sind die Lösungen oft überraschend und keineswegs selbstverständlich.
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Kapitel 5. Voronoi-Diagramme
Zusammenfassung
Der Gegenstand dieses und des folgenden Kapitels unterscheidet sich von den übrigen Teilen dieses Buchs und generell von einem Großteil der Informatik dadurch, dass seine Geschichte mindestens bis ins 17. Jahrhundert zurückreicht.
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Kapitel 6. Berechnung des Voronoi-Diagramms
Zusammenfassung
In Kapitel 5 haben wir gesehen, wie nützlich das Voronoi-Diagramm V (S) und die dazu duale Delaunay-Triangulation DT(S) bei der Lösung von Distanzproblemen sind. Jetzt geht es uns darum, diese Strukturen für eine gegebene Menge S von n Punkten in der Ebene effizient zu berechnen.
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Kapitel 7. Weiterführende Ergebnisse
Zusammenfassung
In diesem Kapitel möchten wir ein paar Ergebnisse der algorithmischen und diskreten Geometrie vorstellen, die ein wenig über die Grundlagen hinausgehen und zum Teil aktuelle Forschungsfragen beruhren.
Rolf Klein, Anne Driemel, Herman Haverkort
Backmatter
Metadaten
Titel
Algorithmische Geometrie
verfasst von
Prof. Dr. Rolf Klein
Prof. Dr. Anne Driemel
Dr. Herman Haverkort
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-658-37711-3
Print ISBN
978-3-658-37710-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-37711-3