New results on stabbing segments with a polygon

We consider a natural variation of the concept of stabbing a set of segments with a simple polygon: a segment s is stabbed by a simple polygon P if at least one endpoint of s is contained in P, and a segment set S is stabbed by P if P stabs every element of S. Given a segment set S, we study the problem of finding a simple polygon P stabbing S in a way that some measure of P (such as area or perimeter) is optimized. We show that if the elements of S are pairwise disjoint, the problem can be solved in polynomial time. In particular, this solves an open problem posed by Loftier and van Kreveld [Algorithmica 56(2), 236-269 (2010)] [16] about finding a maximum perimeter convex hull for a set of imprecise points modeled as line segments. Our algorithm can also be extended to work for a more general problem, in which instead of segments, the set S consists of a collection of point sets with pairwise disjoint convex hulls. We also prove that for general segments our stabbing problem is NP-hard. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

On k-Convex Polygons

We introduce a notion of $k$-convexity and explore polygons in the plane that have this property. Polygons which are \mbox{$k$-convex} can be triangulated with fast yet simple algorithms. However, recognizing them in general is a 3SUM-hard problem. We give a characterization of \mbox{$2$-convex} polygons, a particularly interesting class, and show how to recognize them in \mbox{$O(n \log n)$} time. A description of their shape is given as well, which leads to Erd\H{o}s-Szekeres type results regarding subconfigurations of their vertex sets. Finally, we introduce the concept of generalized geometric permutations, and show that their number can be exponential in the number of \mbox{$2$-convex} objects considered.Comment: 23 pages, 19 figure

Computational Geometry Column 42

A compendium of thirty previously published open problems in computational geometry is presented.Comment: 7 pages; 72 reference

Computational Geometry Column 34

Problems presented at the open-problem session of the 14th Annual ACM Symposium on Computational Geometry are listed

Encontrando estruturas geométricas com número de trespasse mínimo

Orientador: Cid Carvalho de SouzaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Problemas de trespasse têm sido investigados há tempos em Geometria Computacional pois aplicações para eles são encontradas em uma grande variedade de áreas. Em geral, a entrada é formada por dois conjuntos de objetos geométricos: o conjunto, finito ou infinito, L de trespassadores e o conjunto O. Uma solução viável é um subconjunto O' de O satisfazendo uma certa propriedade estrutural $\pi$. Dado O', o número de trespasse de l em L é a quantidade de elementos de O' intersectados por l. O número de trespasse de O' relativo a L é o número de trespasse máximo dentre qualquer l em L. O objetivo do problema é achar um subconjunto de O satisfazendo a propriedade $\pi$ com o menor número de trespasse possível relativo a L. Esta tese traz contribuições tanto teóricas quanto experimentais para alguns problemas de trespasse. Em [19, 20], Fekete, Lübbecke e Meijer resolveram o problema aberto a respeito da complexidade de encontrar uma árvore geradora com número de trespasse mínimo. Eles também mostraram que achar um emparelhamento perfeito com número de trespasse mínimo é NP-difícil. Modelos de programação inteira para os problemas foram apresentados. Porém, muito poucos experimentos computacionais foram realizados. Nesta tese, estudamos modelos de programação inteira para encontrar emparelhamentos perfeitos, árvores geradoras e triangulação com número de trespasse mínimo. Com base nestas formulações, apresentamos algoritmos exatos e heurísticas Lagrangianas para resolvê-los. Estes algoritmos mostraram que as heurísticas Lagrangianas proveem boas soluções, frequentemente ótimas, em um breve tempo computacional. De todos os dez problemas e variantes discutidos em [20], para apenas três deles a complexidade não foi provada: Triangulação com Número de Trespasse Mínimo, com trespassadores paralelos aos eixos e gerais, e Triangulação com Número de Cruzamento Mínimo, caso geral. Nesta tese, provamos que estes três problemas são NP-difíceis. Outro problema de trespasse mínimo é apresentado em [2] e também estudado em [16]. Este problema pede por uma partição retangular com número de trespasse mínimo em um polígono retilinear. Embora a complexidade do problema ainda seja desconhecida, em [2] um algoritmo de 3-aproximação é apresentado. Em [16] um modelo de programação inteira é dado e uma 2-aproximação reivindicada. Nesta tese, fortalecemos a formulação introduzida em [16]. Também propomos um modelo alternativo e comparamos os dois teórica e computacionalmente. Além disso, mostramos que o algoritmo proposto em [16] não provê uma 2-aproximação para o problemaAbstract: Stabbing problems have long being investigated in Computational Geometry since applications for them are found in a great variety of areas. In general, the input is formed by two sets of geometrical objects: the finite or infinite set L of stabbers and the set O. A feasible solution for the problem is a subset O' of O satisfying a given structural property $\pi$. Given O', the stabbing number of l in L is the total of elements of O' that are intersected by l. The stabbing number of L relative to O' is the maximum stabbing number of all its elements. The goal of the problem is to find a subset of O satisfying property $\pi$ and having the smallest possible stabbing number. This thesis brings both theoretical and experimental contributions to the investigation of some stabbing problems. The works of Fekete, Lübbecke and Meijer [19, 20] solved the open problem relative to the complexity of finding a spanning tree with minimum stabbing number. They also showed that finding a perfect matching with minimum stabbing number is NP-hard. Integer programming formulations for the problems were also presented. However, very few computational experiments were performed. In this thesis we study integer programming formulations for the problems of finding perfect matchings, spanning trees and triangulations with minimum stabbing number. Based on these formulations we present exact algorithms and Lagrangian heuristics to solve the problems. These algorithms show that the Lagrangian heuristics yield solutions with good quality, often optimal, in short time span. Of all the ten problems and variants discussed in [20], for only three of them the complexity was not proved: The Minimum Stabbing Triangulation, axis-parallel and general cases, and The Minimum Crossing Triangulation, general case. In this thesis we prove that the three problems are NP-hard. Another problem of finding a structure with minimum stabbing number is presented in [2] and also studied in [16]. This problem asks for a rectangular partition with minimum stabbing number in a rectilinear polygon. Although the complexity of the problem is still unkown, in [2] a 3-approximation algorithm is presented. In [16] an integer programming formulation is given and a 2-approximation is claimed. In this thesis we strengthen the formulation introduced in [16]. We also propose an alternative model and compare the formulations both theoretically and computationally. Furthermore, we show that the algorithm proposed in [16] can not provide a 2-approximation for the problemDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação147619/2010-6CNP