파이썬 코딩테스트 강좌, 선분의 교차 여부 구하기

여러분은 이제 알고리즘 문제 중 하나인 “선분의 교차 여부 구하기”에 대해서 자세히 살펴보려 합니다. 이번 강좌에서는 이 문제를 해결하기 위한 이론과 실제 구현 과정을 단계별로 설명하겠습니다. 알고리즘 문제 해결 능력을 향상시키고 싶은 분들에게 매우 유익할 것입니다.

문제 정의

선분의 교차 여부를 구하는 문제는 주어진 두 선분이 서로 교차하는지 여부를 판단하는 문제입니다. 이를 위해 두 선분 A(x1, y1)에서 B(x2, y2)로, C(x3, y3)에서 D(x4, y4)로 표현해보겠습니다. 문제는 다음과 같습니다:

두 선분 AB와 CD가 주어졌을 때, 두 선분이 교차하는지 여부를 판별하라.

입력 형식

입력은 4개의 정수로 이루어지며, 각 정수는 해당 선분의 끝점을 나타냅니다:

  • A(x1, y1)
  • B(x2, y2)
  • C(x3, y3)
  • D(x4, y4)

출력 형식

선분이 서로 교차하면 “YES”를, 그렇지 않으면 “NO”를 출력합니다.

문제 해결을 위한 기초 이론

선분이 교차하는 경우를 판단하기 위해 우리가 사용할 수 있는 방법 중 하나는 기하학적 방법입니다. 특히, 벡터의 크로스 제품을 활용하여 두 선분이 서로 교차하는지 여부를 판별할 수 있습니다.

크로스 제품

두 벡터 AB(x2-x1, y2-y1)와 AC(x3-x1, y3-y1) 사이의 크로스 제품은 다음과 같이 정의됩니다:


    Cross = (x2 - x1) * (y3 - y1) - (y2 - y1) * (x3 - x1)
    

이 값을 통해 두 벡터의 방향을 알 수 있으며, 만약 크로스 제품의 값이 0이면 벡터가 일직선상에 있음을 의미하고, 양의 값이면 한 방향, 음의 값이면 반대 방향을 의미합니다.

선분의 교차 조건

두 선분 AB와 CD의 교차 여부를 판단하기 위해서 다음과 같은 조건을 확인해야 합니다:

  1. 두 선분이 “일반적인 경우”일 때: (AB와 CD의 각 끝점들이 서로 다른 방향에 있는 경우)
  2. 두 선분이 “단일 점에서 만날 때” (내부의 한 점에서 만날 경우)
  3. 두 선분이 “끝점에서 만날 때” (한 선분의 끝점이 다른 선분 위에 있을 경우)

일반적인 경우

선분 AB와 CD가 서로 다른 방향에 있는지를 확인하기 위해서는 A, B 두 점과 C를 이용한 크로스 제품과 A, B 두 점과 D를 이용한 크로스 제품의 부호를 비교합니다. 두 선분이 서로 다른 방향에 있는 경우 이 두 부호가 달라야 합니다.

단일/끝점에서 만나는 경우

일반적인 경우와는 다르게, 교차하는 것이 아니라 점에서 만나는 경우를 판단하려면 선분의 끝점이 서로의 선분 위에 있는지 확인해야 합니다.

파이썬 코드 구현

위의 기초 이론을 바탕으로, 우리는 다음과 같은 파이썬 코드를 작성할 수 있습니다.


def orientation(px, py, qx, qy, rx, ry):
    val = (qy - py) * (rx - qx) - (qx - px) * (ry - qy)
    if val == 0: return 0  # 콜리니어
    return 1 if val > 0 else 2  # 시계 or 반시계

def on_segment(px, py, qx, qy, rx, ry):
    return min(px, qx) <= rx <= max(px, qx) and min(py, qy) <= ry <= max(py, qy)

def do_intersect(p1, q1, p2, q2):
    o1 = orientation(p1[0], p1[1], q1[0], q1[1], p2[0], p2[1])
    o2 = orientation(p1[0], p1[1], q1[0], q1[1], q2[0], q2[1])
    o3 = orientation(p2[0], p2[1], q2[0], q2[1], p1[0], p1[1])
    o4 = orientation(p2[0], p2[1], q2[0], q2[1], q1[0], q1[1])

    if o1 != o2 and o3 != o4:
        return True
    
    if o1 == 0 and on_segment(p1[0], p1[1], q1[0], q1[1], p2[0], p2[1]):
        return True

    if o2 == 0 and on_segment(p1[0], p1[1], q1[0], q1[1], q2[0], q2[1]):
        return True

    if o3 == 0 and on_segment(p2[0], p2[1], q2[0], q2[1], p1[0], p1[1]):
        return True

    if o4 == 0 and on_segment(p2[0], p2[1], q2[0], q2[1], q1[0], q1[1]):
        return True

    return False

# 테스트 케이스
A = (0, 0)
B = (10, 10)
C = (0, 10)
D = (10, 0)

if do_intersect(A, B, C, D):
    print("YES")
else:
    print("NO")
    

코드 설명과 테스트 케이스

위의 코드에서 먼저 orientation 함수는 세 점의 상대적인 위치를 파악합니다. on_segment 함수는 한 점이 정해진 선분 위에 있는지를 확인합니다. do_intersect 함수는 두 선분이 교차하는지를 판별합니다. 코드의 마지막 부분에서는 실제 테스트 케이스를 통해 결과를 확인할 수 있습니다.

결론

이번 강좌에서는 “선분의 교차 여부 구하기” 문제를 해결하기 위한 다양한 이론적 배경과 파이썬 코드 구현을 살펴보았습니다. 특정 알고리즘 문제를 풀어보며 기하학적 사고능력과 프로그래밍 능력을 함께 향상시킬 수 있는 기회가 되었기를 바랍니다. 앞으로도 여러분의 코딩 능력이 더욱 발전하길 기원합니다!

파이썬 코딩테스트 강좌, 선택 정렬

알고리즘 문제 해결 능력을 키우는 것은 프로그래밍 여정에서 매우 중요합니다. 특히, 취업 면접이나 코딩 테스트에서는 기초적인 알고리즘에 대한 이해가 필요합니다. 이번 글에서는 선택 정렬(Selection Sort) 알고리즘에 대해 알아보고, 이를 활용한 문제를 해결하는 과정을 상세히 설명하겠습니다.

선택 정렬이란?

선택 정렬은 주어진 리스트에서 가장 작은(또는 가장 큰) 값을 찾아 맨 앞에 위치시키고, 그 다음 위치에서 같은 과정을 반복하는 단순한 정렬 알고리즘입니다. 선택 정렬은 다음과 같은 과정으로 진행됩니다:

  1. 리스트에서 가장 작은 요소를 찾습니다.
  2. 그 요소를 리스트의 첫 번째와 바꿉니다.
  3. 첫 번째 요소를 제외한 나머지 요소에 대해 위의 과정을 반복합니다.

선택 정렬의 시간 복잡도는 O(n²)로, n은 리스트의 길이를 의미합니다. 이 알고리즘은 list가 작을 때는 잘 작동하지만, 큰 데이터셋에서는 성능이 저하될 수 있습니다.

문제 설명

다음과 같은 문제를 풀어보겠습니다:

문제: 정수로 구성된 리스트가 주어질 때, 선택 정렬 알고리즘을 이용하여 이 리스트를 오름차순으로 정렬하시오.

입력:

  • 정수 n (1 ≤ n ≤ 1000): 리스트의 길이
  • 리스트: 공백으로 구분된 n개의 정수

출력:

  • 오름차순으로 정렬된 리스트를 출력한다.

문제 해결 과정

1단계: 입력 및 초기화

문제를 해결하기 위해 필요한 입력을 받아야 합니다. 파이썬에서는 input() 함수를 사용하여 입력을 받을 수 있습니다. 이후 입력받은 값을 리스트 형태로 변환합니다.

n = int(input("리스트의 길이를 입력하세요: "))
arr = list(map(int, input("정수 리스트를 입력하세요: ").split()))

2단계: 선택 정렬 구현

선택 정렬 알고리즘을 구현하기 위해 두 개의 반복문을 사용합니다. 첫 번째 반복문은 정렬되지 않은 부분의 시작을 나타내고, 두 번째 반복문은 그 구역 내에서 가장 작은 요소를 찾습니다.

def selection_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        # 현재 위치에서 가장 작은 요소의 인덱스 초기화
        min_index = i
        # 현재 위치 이후의 요소 중에서 최솟값 찾기
        for j in range(i+1, n):
            if arr[j] < arr[min_index]:
                min_index = j
        # 찾은 최솟값을 현재 위치와 교환
        arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]
    return arr

3단계: 결과 출력

정렬이 완료된 리스트를 출력합니다. 방법은 print() 함수를 사용하여 간단히 구현할 수 있습니다.

sorted_arr = selection_sort(arr)
print("오름차순으로 정렬된 리스트는 다음과 같습니다:")
print(sorted_arr)

전체 코드

def selection_sort(arr):
    n = len(arr)
    # 리스트의 각 요소에 대해 반복
    for i in range(n):
        # 현재 위치에서 가장 작은 요소의 인덱스 초기화
        min_index = i
        # 현재 위치 이후의 요소 중에서 최솟값 찾기
        for j in range(i + 1, n):
            if arr[j] < arr[min_index]:
                min_index = j
        # 찾은 최솟값을 현재 위치와 교환
        arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]
    return arr

# 리스트의 길이를 입력받고, 리스트 요소를 입력받기
n = int(input("리스트의 길이를 입력하세요: "))
arr = list(map(int, input("정수 리스트를 입력하세요: ").split()))

# 선택 정렬 수행
sorted_arr = selection_sort(arr)

# 결과 출력
print("오름차순으로 정렬된 리스트는 다음과 같습니다:")
print(sorted_arr)

복잡도 분석

선택 정렬의 시간 복잡도는 O(n²)입니다. 이 때문에 큰 데이터셋에서 선택 정렬을 사용하는 것은 비효율적일 수 있습니다. 하지만 선택 정렬은 구현이 간단하고 초기 교육 목적으로는 유용할 수 있습니다.

결론

이번 글에서는 선택 정렬 알고리즘을 기반으로 한 문제를 해결하는 과정을 자세히 살펴보았습니다. 선택 정렬을 이해하고 구현함으로써 알고리즘에 대한 기초적인 이해를 높이는 데 도움이 되셨기를 바랍니다. 다음 글에서도 유익한 알고리즘 주제를 다룰 예정이니 많은 기대 부탁드립니다!

관련 참고 자료

파이썬 코딩테스트 강좌, 선분을 그룹으로 나누기

안녕하세요! 이번 포스트에서는 파이썬을 이용한 코딩 테스트의 한 문제인 “선분을 그룹으로 나누기”에 대해 설명하겠습니다. 이 문제는 선분을 적절히 그룹으로 나누는 알고리즘을 설계하고 구현하는 연습을 포함하고 있습니다. 문제를 통해 선분을 다루는 기본적인 사고 방식을 익힐 수 있으며, 알고리즘적인 사고를 증진시킬 수 있습니다.

문제 설명

어떤 직선상의 선분들이 주어집니다. 각각의 선분은 시작점과 끝점으로 표현됩니다. 이때, 선분들이 서로 겹치거나 바로 붙은 경우 같은 그룹으로 묶습니다. 선분 리스트가 주어졌을 때, 몇 개의 서로 다른 그룹으로 나눌 수 있는지를 계산하는 문제입니다. 예를 들어, 다음과 같은 선분들이 있을 때:

[(1, 5), (2, 3), (6, 8), (7, 10)]

위의 선분들은 다음과 같이 그룹으로 나누어질 수 있습니다:

그룹 1: [(1, 5), (2, 3)]
그룹 2: [(6, 8), (7, 10)]

입력/출력 형식

입력

첫 번째 줄에 선분의 개수 n (1 ≤ n ≤ 100,000)이 주어집니다. 그 다음 n개의 줄에 각각의 선분의 시작점과 끝점 (start, end)이 주어집니다. 끝점은 항상 시작점보다 크다고 가정합니다.

출력

서로 겹치는 선분 그룹의 개수를 출력합니다.

문제 해결 접근 방식

이 문제를 해결하기 위해, 선분을 정렬하고 그룹으로 나누는 방법을 생각해 볼 수 있습니다. 일반적인 접근 방식은 다음과 같습니다:

  1. 선분들을 시작점 기준으로 정렬합니다. 만약 시작점이 같다면 끝점을 기준으로 정렬합니다.
  2. 정렬된 선분들을 순회하면서, 현재 선분의 끝점이 이전 선분의 끝점보다 크거나 같으면 같은 그룹으로 묶습니다.
  3. 그룹의 개수를 세어 최종 결과를 출력합니다.

구현

이제 위의 접근 방식을 바탕으로 파이썬으로 코드를 구현해 보겠습니다. 코드는 다음과 같습니다:


def count_groups(segments):
# 선분을 시작점으로 정렬하고 시작점이 같으면 끝점 기준으로 정렬
segments.sort(key=lambda x: (x[0], x[1]))
groups = 0
current_end = -1

for start, end in segments:
if start > current_end:
# 새로운 그룹이 시작된다.
groups += 1
current_end = end
else:
# 현재 그룹에 포함된다.
current_end = max(current_end, end)

return groups

# 입력 받기
n = int(input())
segments = [tuple(map(int, input().split())) for _ in range(n)]
result = count_groups(segments)
print(result)

코드 설명

위 코드는 다음과 같은 방식으로 동작합니다:

  1. segments.sort(): 선분 리스트를 정렬합니다. 이때 키를 설정하여 시작점으로 정렬하고, 시작점이 같으면 끝점으로 정렬합니다.
  2. 변수 groups: 그룹의 개수를 세기 위한 변수로 초기값을 0으로 설정합니다.
  3. 변수 current_end: 현재 그룹의 끝점을 추적하기 위한 변수입니다. 초기값은 -1로 설정되었습니다.
  4. 선분을 순회하면서, 시작점이 현재 그룹의 끝점보다 크면 새로운 그룹이 시작되며 그룹 개수가 증가합니다. 그렇지 않다면 현재 그룹의 끝점을 업데이트합니다.

복잡도 분석

위 알고리즘의 시간 복잡도는 다음과 같습니다:

  • 정렬 단계: O(n log n)
  • 그룹 계산 단계: O(n)

따라서 전체 시간 복잡도는 O(n log n)입니다.

결론

이번 문제를 통해 선분을 그룹으로 나누는 알고리즘을 구현해 보았습니다. 이 알고리즘은 선분들이 서로 겹치는 경우를 쉽게 처리할 수 있는 방법입니다. 코딩 테스트를 준비하면서 다양한 문제를 접하고, 문제 해결 방법을 고민하는 것이 실력을 쌓는 데 큰 도움이 됩니다. 앞으로 더 많은 알고리즘 문제에 도전하며 연습하시길 바랍니다!

파이썬 코딩테스트 강좌, 선물 전달하기

문제 설명

어느날, 한 마을에서 선물 전달을 위한 특별한 이벤트가 열렸습니다. 이 이벤트의 목적은 서로 다른 사람들 간에 선물을 전달하는 것입니다. n명의 참가자가 있으며, 각 참가자는 정확히 한 개의 선물을 전달해야 합니다. 하지만 선물을 전달할 수 있는 상대방에 대한 제약사항이 있습니다.

모든 참가자는 누가 누구에게 선물을 전달할 수 있는지를 나타내는 연결 리스트 또는 배열을 갖고 있습니다. 이 제약사항을 고려했을 때, 모든 참가자가 선물을 전달할 수 있는지, 즉 모든 참가자가 선물을 받게 할 수 있는지 확인해야 합니다.

입력 형식

첫 번째 줄에는 참가자의 수 n이 주어집니다. 그 다음 줄에는 n명의 참가자가 선물을 전달할 수 있는 상대방에 대한 정보를 나타내는 리스트가 주어집니다. 리스트의 각 요소는 해당 참가자가 선물을 전달할 수 있는 참가자의 인덱스를 표현합니다.

출력 형식

모든 참가자가 선물을 받을 수 있다면 ‘YES’를, 그렇지 않다면 ‘NO’를 출력하시오.

예제 입력

5
1 2 3 4 0
            

예제 출력

YES
            

문제 풀이 방법

이 문제는 그래프 이론에서의 “사이클 탐지” 문제와 유사하게 볼 수 있습니다. 각각의 참가자를 노드로, 그들이 선물을 전달할 수 있는 상대방을 간선으로 표현하여 방향 그래프를 구성할 수 있습니다. 모든 노드가 최소한 한 번은 방문될 수 있어야 하며, 그래프가 유일한 사이클을 가질 때 ‘YES’를 반환할 수 있습니다.

단계별 풀이 과정

1. 그래프 구성

주어진 정보를 바탕으로 그래프를 리스트 형태로 구성합니다. 각 참가자가 선물을 전달할 수 있는 상대방을 리스트의 인덱스로 나타냅니다.

2. DFS 혹은 BFS 이용하기

우리는 그래프를 순회하는 방식으로 DFS(깊이 우선 탐색) 또는 BFS(넓이 우선 탐색)을 사용할 수 있습니다. 목표는 모든 참가자가 선물을 받을 수 있는지를 파악하는 것입니다. 즉, 그래프를 순회하며 모든 노드에 방문 여부를 체크합니다.

3. 사이클 탐지

모든 참가자가 서로 선물을 주고받을 수 있도록 사이클이 존재하는지 확인합니다. 이 사이클은 그래프의 각 노드가 반드시 포함되어야 하며, 그 사이클이 하나일 경우 모두가 선물을 받을 수 있습니다.

4. 구현

위의 방법을 바탕으로 파이썬 코드를 구현합니다:

def can_give_gifts(n, connections):
    visited = [False] * n
    count = 0

    def dfs(v):
        nonlocal count
        visited[v] = True
        count += 1
        next_giver = connections[v]
        if not visited[next_giver]:
            dfs(next_giver)

    for i in range(n):
        if not visited[i]:
            count = 0
            dfs(i)
            if count < n:
                return "NO"

    return "YES"

# 테스트
n = 5
connections = [1, 2, 3, 4, 0]
print(can_give_gifts(n, connections))
        

코드 설명

위 코드는 선물 전달을 검증하는 알고리즘입니다. ‘can_give_gifts’ 함수는 참가자 수 n과 선물 전달 가능 리스트 connections를 인자로 받습니다. 각 참가자의 방문 여부를 체크하기 위해 visited 리스트를 설정합니다. DFS를 통해 각 참가자를 방문하면서 카운트를 증가시킵니다. 만약 모든 참가자가 방문되었다면 ‘YES’를, 그렇지 않다면 ‘NO’를 반환합니다.

종합 예제

다음 예제를 통해 이 알고리즘이 실제로 어떻게 작동하는지 살펴봅시다:

6
1 2 3 4 5 0
        

기대 출력

YES
        

마무리

이 문제는 파이썬 코딩 테스트에서 빈번히 등장하는 유형입니다. 사이클 탐지를 통해 문제를 해결하는 방법을 익히며, 그래프 개념에 대한 이해를 높이는 데 도움이 됩니다. 다양한 유형의 문제를 풀어보며 알고리즘에 대한 통찰력을 높여보세요.

파이썬 코딩테스트 강좌, 선분 방향 구하기

안녕하세요! 이번 포스팅에서는 파이썬을 이용한 코딩테스트 문제 중 하나인 “선분의 방향 구하기” 문제를 살펴보겠습니다. 본 문제를 통해 실질적인 문제 해결 능력을 기르고, 코딩테스트에서 자주 출제되는 기하학적 문제를 연습해보도록 하겠습니다.

문제 설명

두 점 A(x1, y1)와 B(x2, y2)가 주어질 때, 선분 AB와 선분 CD의 방향을 구하는 문제입니다. 선분 AB를 기준으로, 선분 CD의 방향을 구해 다음의 값을 출력하세요:

  • 1: 선분 CD가 선분 AB의 왼쪽에 있을 때
  • -1: 선분 CD가 선분 AB의 오른쪽에 있을 때
  • 0: 선분 CD와 선분 AB가 평행할 때

입력 형식

첫 번째 줄에는 점 A와 B의 좌표가 공백으로 구분되어 주어지며, 두 번째 줄에는 점 C와 D의 좌표가 공백으로 구분되어 주어집니다.

A의 x y 좌표: x1 y1
B의 x y 좌표: x2 y2
C의 x y 좌표: x3 y3
D의 x y 좌표: x4 y4

출력 형식

선분 CD의 방향을 나타내는 정수를 출력합니다.

문제 해결 접근법

본 문제를 해결하기 위해서는 먼저 선분 AB와 선분 CD의 방향 벡터를 구합니다. 방향 벡터는 다음과 같이 계산할 수 있습니다:

  • AB 벡터 = (x2 – x1, y2 – y1)
  • CD 벡터 = (x4 – x3, y4 – y3)

이어서, 두 벡터의 외적을 구하여 방향을 판단합니다. 외적의 결과 값에 따라 선분의 방향을 결정할 수 있습니다.

외적 계산

두 벡터 (x1, y1)와 (x2, y2)의 외적은 다음과 같이 계산됩니다:

cross_product = x1 * y2 - y1 * x2

이 값이 > 0이면 왼쪽, < 0이면 오른쪽, 0이면 평행입니다.

예제

예를 들어 A(1, 1), B(4, 4), C(4, 1), D(1, 4)가 주어진 경우, AB의 방향 벡터는 (3, 3)입니다. CD의 방향 벡터는 (-3, 3)입니다. 외적을 계산하면:

cross_product = (3 * 3) - (3 * -3) = 9 + 9 = 18 (따라서 선분 CD는 AB의 왼쪽에 위치합니다.)

코드 구현

이제 위의 과정을 바탕으로 파이썬 코드를 작성해 보겠습니다:

def direction(a, b, c, d):
    # 벡터 AB
    ab = (b[0] - a[0], b[1] - a[1])
    # 벡터 CD
    cd = (d[0] - c[0], d[1] - c[1])
    
    # 외적 계산
    cross_product = ab[0] * cd[1] - ab[1] * cd[0]
    
    if cross_product > 0:
        return 1    # 왼쪽
    elif cross_product < 0:
        return -1   # 오른쪽
    else:
        return 0    # 평행

# 입력 예시
a = (1, 1)
b = (4, 4)
c = (4, 1)
d = (1, 4)

# 함수 호출
result = direction(a, b, c, d)
print(result)

결과

위 코드를 실행하면, 선분 CD는 AB의 왼쪽에 위치하기 때문에 결과는 1이 됩니다.

마무리

이번 포스팅에서는 선분의 방향을 구하는 알고리즘 문제를 풀어보았습니다. 이 문제는 기하학적 사고를 필요로 하며 벡터 외적에 대한 이해가 중요합니다. 다양한 문제를 풀면서 이러한 기하학적인 문제를 익히고, 코딩테스트에서 좋은 결과를 거두시길 바랍니다!

추가적인 팁

  • 다양한 입력에 대해 충분히 테스트해보세요.
  • 문제를 이해하는 데 있어 시각적인 도표를 활용하면 좋습니다.
  • 외적의 결과를 통해 직접 시각적으로 디버깅해보세요.