Python怎么计算点到直线距离和直线间交点夹角

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前言

　　项目中会有点到直线距离计算、两条直线交点坐标计算、两条直线夹角计算的需求。

一、点到直线距离计算

　　由于项目中得到点的坐标最容易，因此采用向量法进行所有的数学计算最清晰明了。点到直线距离就采用向量法推导。

import numpy as nparray_longi = np.array([x2-x1, y2-y1])array_trans = np.array([x2-line_start_x, y2-line_start_y])# 用向量计算点到直线的举例array_temp = (float(array_trans .dot(array_longi)) / array_longi.dot(array_longi))array_temp = array_longi.dot(array_temp)distance = np.sqrt((array_trans - array_temp).dot(array_trans - array_temp ))  # 距离

二、两条直线交点坐标计算

一般方程法：

　　直线的一般方程为 F(x) = ax + by + c = 0。假设直线的两个点为(x0,y0)和(x1, y1)，那么可以得到 a = y0 – y1，b = x1 – x0，c = x0y1 – x1y0。

因此可以将两条直线分别表示为

• F0(x) = a0*x + b0*y + c0 = 0

• F1(x) = a1*x + b1*y + c1 = 0

那么两条直线的交点应该满足

　　a0*x + b0*y +c0 = a1*x + b1*y + c1

由此可推出

• x = (b0*c1 – b1*c0) / D

• y = (a1*c0 – a0*c1) / D

• D = a0*b1 – a1*b0， (D为0时，表示两直线平行)

二者实际上就是连立方程组的叉积应用

• F0(x) = a0*x + b0*y + c0 = 0

• F1(x) = a1*x + b1*y + c1 = 0

i j k

a0 b0 c0

a1 b1 c1

class Point:    x = 0    y = 0    def __init__(self, x=0, y=0):        self.x = x        self.y = yclass Line:    def __init__(self, p1, p2):        self.p1 = p1        self.p2 = p2def GetLinePara(line):    line.a = line.p1.y - line.p2.y    line.b = line.p2.x - line.p1.x    line.c = line.p1.x * line.p2.y - ine.p2.x * line.p1.y def GetCrossPoint(l1, l2):    GetLinePara(l1)    GetLinePara(l2)    d = l1.a * l2.c - l2.a * l1.b    p = Point()    p.x = (l1.b * l2.c - l2.b * l1.c) * 1.0 /d    p.y = (l1.c * l2.a - l2.c * l1.a) * 1.0 /dp1 = Point(1, 1)p2 = Point(3, 3)line1 = Line(p1, p2)p3 = Point(2, 3.1)p = Point(3.1, 2)line2 = Line(p3, p4)Pc = GetCrossPoint(line1, line2)print(Pc.x, Pc.y)

三、两条直线夹角计算

　　利用向量法求两条直线夹角。大致思路与求点到直线距离类似，也是利用余弦定理。

import numpy as npdef GetCrossAngle(l1, l2):    arr_0 = np.array([(l1.p2.x - l1.p1.x), (l1.p2.y - l1.p1.y)])    arr_1 = np.array([(l2.p2.x - l2.p1.x), (l2.p2.y - l2.p1.y)])    cos_value = (float(arr_0.dot(arr_1)) / (np.sqrt(arr_0.dot(arr_0)) * np.sqrt(arr_1.dot(arr_1))))    return np.arccos(cos_value) * (180 / np.pi)angle = GetCrossAngle(line1, line2)  # 计算得到的角度

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