javascript叉乘方法计算多边形的面积

多边形的面积可以通过对其顶点进行叉乘（Cross Product）来计算。这种方法基于向量分析，适用于简单多边形，尤其是当多边形的顶点按顺序排列时（例如，顶点按照顺时针或逆时针方向排列）。

计算原理

1. 向量叉乘：对于两个向量$\vec{a}和\vec{b}$，它们的叉乘 $\vec{a}\times \vec{b}$会生成一个垂直于$\vec{a}和\vec{b}$的向量，其大小等于由$\vec{a}和\vec{b}$形成的平行四边形的面积。

2. 三角形面积：对于多边形中的任意三个连续顶点$ABC$，可以通过计算向量 $\overrightarrow{AB}$和$\overrightarrow{AC}$ 的叉乘来得到三角形 $ABC$的面积。具体来说，面积是$\frac{1}{2}|\overrightarrow{AB}\times \overrightarrow{AC}$。

3. 多边形面积：对于一个有 $n$个顶点的多边形，可以将多边形划分为 $n-2$个三角形，然后分别计算每个三角形的面积并将它们相加。

计算步骤

1. 初始化面积：设置总面积为 0。

2. 遍历顶点：从第一个顶点到第二个顶点，再到第三个顶点，依此类推，直到最后一个顶点。然后，将最后一个顶点与第一个顶点连接起来，形成一个闭合的多边形。

3. 计算叉乘：对于每一对连续的顶点，计算它们之间的向量叉乘。

4. 累加面积：将每个三角形的面积（叉乘的模的一半）累加到总面积中。

5. 考虑方向：确保顶点的顺序是一致的（全部顺时针或全部逆时针），以确保面积计算的正确性。

示例代码

以下是使用 JavaScript 实现的示例代码：

function polygonArea(vertices) {
  let area = 0;
  const n = vertices.length;
  if (n < 3) {
    return 0;// 无法构成多边形，返回0
  }
  for (let i = 0; i < n; i++) {
    const j = (i + 1) % n;// 下一个顶点
    const [x1, y1] = vertices[i];
    const [x2, y2] = vertices[j];
    area += (x1 * y2) - (x2 * y1);// 通过叉乘计算每个三角形的面积
  }

  return Math.abs(area) / 2;// 因为向量有负值，所以最终的面积可能为负数，取绝对值
}

// 示例顶点：[(x1, y1), (x2, y2), ...]
const vertices = [
  [2597.03271484375, 1730.6375732421875],
  [3531.184814453125, 2431.8828125],
  [2788.175048828125, 3549.429931640625],
  [1840.7369384765625, 2520.782958984375]
];

console.log(polygonArea(vertices)); // 输出多边形面积

在这个示例中，vertices 数组包含了多边形顶点的坐标，polygonArea 函数计算并返回多边形的面积。这种方法利用了向量叉乘的性质来计算面积，适用于凸多边形和凹多边形场景。

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鞋带公式（Shoelace formula）和叉乘（Cross Product）方法是两种不同的数学工具，它们都可以用来计算多边形的面积，但原理和应用场景有所不同。

鞋带公式（Shoelace Formula）

即使是特别散乱复杂的折线，只要它们形成了一个封闭的多边形，就可以计算出所围成的面积。其顶点按顺序连接形成一系列三角形，然后通过求和每个三角形的面积来计算总面积。这种方法的一个常见算法是“鞋带公式”（Shoelace formula），也称为高斯面积公式。

鞋带公式是一种简单且有效的方法，用于计算多边形的面积，特别是当多边形的顶点以列表形式给出时。公式如下：

给定多边形的顶点坐标 $(x_1,y_1),(x_2,y_2),...,(x_n,y_n)$，其中 $(x_{n+1},y_{n+1})=(x_1,y_1)$（即首尾相连），面积 $A$可以通过以下公式计算：

$$A=\frac{1}{2}\left|\sum _{i=1}^{n-1}(x_i{y}_{i+1}-y_i{x}_{i+1})+(x_n{y}_1-y_n{x}_1)\right|$$

示例

假设你有一个多边形，其顶点坐标如下：$(2,1),(4,5),(6,2),(1,3)$

应用鞋带公式：

$$A=\frac{1}{2}\left|(2\cdot 5+4\cdot 2+6\cdot 3+1\cdot 1)-(1\cdot 4+5\cdot 6+2\cdot 1+3\cdot 2)\right|$$

$$A=\frac{1}{2}\left|(10+8+18+1)-(4+30+2+6)\right|$$

$$A=\frac{1}{2}\left|37-42\right|=\frac{1}{2}\left|-5\right|=\frac{5}{2}$$

因此，这个多边形的面积是$2.5$平方单位。

注意事项

• 顶点必须按顺序排列，可以是顺时针或逆时针。
• 鞋带公式适用于凸多边形和凹多边形。
• 如果多边形自相交或有洞，可能需要更复杂的处理。

这种方法在地理信息系统（GIS）、计算机图形学和工程领域中非常有用，用于计算区域面积、设计和分析等。

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鞋带公式是一种几何算法，用于计算简单多边形的面积。它的计算过程不涉及向量叉乘，而是基于多边形顶点的坐标。鞋带公式的核心思想是将多边形划分为若干个三角形，然后通过求和这些三角形的面积来得到总面积。

鞋带公式的计算步骤如下：

1. 列出多边形的所有顶点坐标，按顺序排列。
2. 按照公式计算每对相邻顶点形成的向量与下一个顶点形成的向量的点积之和，然后取绝对值的一半。

鞋带公式适用于平面上任意简单多边形（无论是凸多边形还是凹多边形），且不需要考虑向量的方向。

叉乘（Cross Product）方法

叉乘是向量代数中的一个概念，表示两个向量的叉积，结果是一个垂直于这两个向量的新向量。叉积的模等于由这两个向量形成的平行四边形的面积。

在计算多边形面积时，叉乘方法通常用于计算由多边形顶点形成的向量对所围成的平行四边形的面积。这种方法通常需要将多边形分解为多个三角形，然后对每个三角形应用叉乘来计算面积。

叉乘方法在计算三角形面积时非常有用，但在处理多边形时，通常需要更多的几何知识和向量操作。

总结

• 鞋带公式是一种基于坐标的几何算法，适用于计算平面多边形的面积，不需要考虑向量的方向。
• 叉乘是一种向量运算，用于计算两个向量形成的平行四边形的面积，通常用于计算三角形的面积。

尽管鞋带公式和叉乘方法都可以用于计算多边形的面积，但它们的计算原理和应用场景有所不同。鞋带公式更适用于直接处理多边形顶点坐标的情况，而叉乘方法则涉及到向量运算，通常用于计算由向量对形成的三角形的面积。

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_46672781/article/details/143052219

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