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曼哈顿距离与双绝对值最值

拓展更新于 2026-09-29

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平面上的距离可以有不同定义。绝对值坐标差之和能转化成两个线性坐标的取大,因而适合处理双绝对值最值。

定义、三角不等式与等距线

对 P(x1,y1),Q(x2,y2)P(x_1,y_1),Q(x_2,y_2) 定义

d1(P,Q)=∣x1−x2∣+∣y1−y2∣.d_1(P,Q)=|x_1-x_2|+|y_1-y_2|.

它非负、对称,且为零当且仅当 P=QP=Q;逐坐标使用绝对值三角不等式,得到 d1(P,R)≤d1(P,Q)+d1(Q,R)d_1(P,R)\le d_1(P,Q)+d_1(Q,R)。

到原点的距离为 r>0r>0 的轨迹为 ∣x∣+∣y∣=r|x|+|y|=r,即顶点 (±r,0),(0,±r)(\pm r,0),(0,\pm r) 的正方形边界;r=0r=0 时只有原点,r<0r<0 时无解。到一般定点的轨迹只需平移。

等距轨迹未必是一条折线

取 A=(0,0),B=(1,1)A=(0,0),B=(1,1)。若 x≤0,y≥1x\le0,y\ge1,则

d1((x,y),A)=−x+y=d1((x,y),B).d_1((x,y),A)=-x+y=d_1((x,y),B).

所以等距轨迹包含整个无界二维区域,不能无条件称为“垂直平分折线”。一般求等距轨迹,应按两个定点的横、纵坐标分区间解绝对值方程;同一小区域内可能得到直线的一部分,也可能方程恒成立或无解。

斜坐标化为取大

对任意实数 u,vu,v,同号与异号分类可得

∣u∣+∣v∣=max⁡{∣u+v∣,∣u−v∣}.|u|+|v|=\max\{|u+v|,|u-v|\}.

令 s=x+y,t=x−ys=x+y,t=x-y,则两点的曼哈顿距离成为

d1(P,Q)=max⁡{∣sP−sQ∣,∣tP−tQ∣}.d_1(P,Q)=\max\{|s_P-s_Q|,|t_P-t_Q|\}.

坐标可逆:x=(s+t)/2,y=(s−t)/2x=(s+t)/2,y=(s-t)/2。这是一种线性换元,不是直接把原距离当作通常的欧氏距离。

有限点集的最小最大距离

给定非空有限点集 Pi(xi,yi)P_i(x_i,y_i),记 si=xi+yi,ti=xi−yis_i=x_i+y_i,t_i=x_i-y_i。若中心 QQ 可在整个平面自由选择,则

min⁡Qmax⁡id1(Pi,Q)=12max⁡{smax⁡−smin⁡,tmax⁡−tmin⁡}.\min_Q\max_i d_1(P_i,Q)=\frac12\max\{s_{\max}-s_{\min},t_{\max}-t_{\min}\}.

任何中心到两个极端 ss 坐标的偏差最大值至少为其跨度的一半;tt 坐标同理,给出下界。取 sQ=(smin⁡+smax⁡)/2,tQ=(tmin⁡+tmax⁡)/2s_Q=(s_{\min}+s_{\max})/2,t_Q=(t_{\min}+t_{\max})/2 即同时满足上界,再反解 QQ。

例如点 (0,0),(2,0),(0,2)(0,0),(2,0),(0,2) 的 ss 范围为 [0,2][0,2]、tt 范围为 [−2,2][-2,2],最小半径为 22,可取 Q=(1/2,1/2)Q=(1/2,1/2)。最优中心未必唯一;若中心受额外轨迹约束,还必须检查上述选择是否可行。

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