这些四叉树库有好用的吗?

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提问于 2025-04-15 19:29

看起来我有一个项目需要用到四叉树(quad-trees),但我之前从来没有接触过这个东西。根据我看到的资料,四叉树应该能比直接暴力解决问题的方式更有效率。请问这些Python模块有哪个比较好用吗?

编辑 1:有没有人知道比pygame wiki上提供的实现更好的方法?

编辑 2:这里有一些其他人可能会觉得有用的关于Python路径寻找技术的资源。

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有时候,在Python中实现像树这样的数据结构并不是那么明显。

比如说,

      D 
    /   \
   B     F
  / \   / \
 A   C E   G

这是一个简单的二叉树结构。在Python中,你可以这样表示它:

[D,B,F] 是一个节点,包含左子树和右子树。要表示整个树,你可以这样写:

[D,[[B,A,C],[F,E,G]]] 

这其实是一个嵌套列表的简单列表,其中任何节点都可以是像D或C这样的值,任何节点也可以是一个子树,这个子树又是一个嵌套列表。你也可以用字典的字典来做类似的事情。这些实现方式虽然有点简单粗暴,可能在作业中不太符合老师的要求(老师可能希望你用一个节点类,并且有指向其他节点的指针),但在实际应用中,通常先用Python的列表或字典的优化实现会更好。如果结果在某种程度上不够理想,再改成更像C或Java那样的写法。

当然,除了这些,你还需要实现各种算法来操作你的树,因为四叉树不仅仅是一些数据;它是一套关于如何插入和删除节点的规则。如果这不是一个课程作业的问题,那么 Quadtree 0.1.2 可能是个不错的选择。

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另一个值得关注的库是 PyQuadTree,这是一个纯Python编写的四叉树索引,适用于Python 3.x。你只需要提供一个物品的边界框,格式是一个包含四个数值的序列,就可以添加这个物品。这使得它可以用于多种用途,甚至可以处理负坐标系统。

虽然我是这个库的作者,但其实我只是把别人写的四叉树结构和代码进行了改进,让它更容易使用,增加了对矩形四叉树的支持,并且添加了文档。下面是一个简单的使用示例:

#SETUP
import pyqtree
spindex = pyqtree.Index(bbox=[0,0,1000,500])

#ADD SOME ITEMS
for item in items:
    spindex.insert(item=item, bbox=item.bbox)

#RETRIEVE ITEMS FROM A REGION
result = spindex.intersect(bbox=[233,121,356,242])
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这个评论中,joferkington提到了当前的问题,并说:

不管怎样,scipy.spatial.KDTree(还有另一个叫做scipy.spatial.cKDTree,它是用C语言写的,主要是为了提高性能)比列出的其他选项要强大得多。

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