Задача к ЕГЭ по информатике на тему «Анализ данных (звезды)» №20

Учёный решил провести кластеризацию некоторого множества звёзд по их расположению на карте звёздного неба. Кластер звёзд – это набор звёзд (точек) на графике, каждая из которых находится от хотя бы одной другой звезды на расстоянии не более $R$ условных единиц. Каждая звезда обязательно принадлежит только одному из кластеров.

Двойная система – это два объекта на расстоянии менее $t$ . При этом других звезд на расстоянии менее $t$ у этих двух звезд быть не должно.

Под расстоянием понимается расстояние Евклида между двумя точками $A(x1,y1)$ и $B(x2,y2)$ на плоскости, которое вычисляется по формуле:

∘ -------------------- d(A, B) = (x2 − x1)2 + (y2 − y1)2

Аномалиями назовём точки, находящиеся на расстоянии более одной условной единицы от точек кластеров. При расчётах аномалии учитывать не нужно.

В файле A хранятся данные о звёздах двух кластеров, где $R = 0.6$ , $t = 0.02$ для каждого кластера. В каждой строке записана информация о расположении на карте одной звезды, а также ее масса (в солнечных массах): сначала координата $x$ , затем координата $y$ , затем масса $m$ . В случае, если масса представлена положительным числом, объект является звездой, если отрицательным — объект является нейтронной звездой либо черной дырой. Значения даны в условных единицах, которые представлены вещественными числами. Известно, что количество звёзд не превышает 6000.

В файле Б хранятся данные о звёздах трех кластеров, где $R = 0.6$ , $t = 0.03$ для каждого кластера. Известно, что количество звёзд не превышает 16000. Структура хранения информации о звездах в файле Б аналогична файлу А.

Для каждого файла в каждом кластере найдите двойную систему состоящую из двух нейтронных звезд с максимальной разницей масс. Масса нейтронной звезды не превышает 2.7 солнечных (по модулю), дальше идут черные дыры. Затем вычислите два числа: $Px$ — среднее арифметическое абсцисс найденных нейтронных звезд, и $Py$ – среднее арифметическое их ординат.

В ответе запишите четыре числа через пробел: сначала целую часть произведения $Px ⋅100$ для файла А, затем $Py ⋅100$ для файла А, далее целую часть произведения $Px ⋅100$ для файла Б и $Py ⋅100$ для файла Б.

Возможные данные одного из файлов иллюстрированы графиком.

Внимание! График приведён в иллюстративных целях для произвольных значений, не имеющих отношения к заданию. Для выполнения задания используйте данные из прилагаемого файла.

Для начала визуально оценим данные в условии кластеры. Для этого откроем предложенные файлы в $Excel$ , перейдем в раздел «Вставка $→$ Диаграммы $→$ Точечная».

Диаграмма для файла А имеет вид:

Диаграмма для файла Б имеет вид:

Для разделения звезд на кластеры будем использоваться функцию dbscan. Дальше основная идея решения будет заключаться в том, что мы будем проходить по каждой точке в найденных кластерах и с помощью того же метода dbscan для каждого кластера найти списки звезд, расстояние между которыми менее 0.02 в А файле (менее 0.03 в Б файле). Далее в каждом кластере нужно оставить только те списки, в которых количество звезд равно двум – то есть только двойные звездные системы. В конце остается дело за малым: для каждой звездной системы в каждом кластере найти максимальную разницу масс между звездами, а затем расчитать среднее арифметическое их координат между всеми найденными звёздами.

Код программы

from math import *

def dbscan(a, r):
    cl = [] # Инициализируем список для хранения кластеров
    while a: # Пока есть элементы в входном массиве ’a’
        # Создаем новый кластер и добавляем в него первый элемент из ’a’
        cl.append([a.pop(0)])
        for i in cl[-1]: # Проходим по элементам последнего кластера
            # Проверяем  каждый элемент ’j’ в оставшихся элементах ’a’
            for j in a[:]:
                # Если расстояние между ’i’ и ’j’ меньше радиуса ’r’
                x = [i[0], i[1]]
                y = [j[0], j[1]]
                if dist(x, y) < r:
                    cl[-1].append(j) # Добавляем ’j’ в текущий кластер
                    a.remove(j) # Удаляем ’j’ из списка ’a’, чтобы не проверять его снова
    return cl

f = open("1_B.txt")
s = f.readline()
a = [list(map(float, i.replace(",", ".").split())) for i in f]
cl = dbscan(a, 0.6)
cl_total = []
for i in cl:
    if len(i) > 10: cl_total.append(i)
t = 0.03 # Для файла Б
t = 0.02 # Для файла А
ans = []
for i in cl_total: # Проходим по каждому элементу в списке cl_total
    found_star = dbscan(i, t) # Применяем алгоритм DBSCAN
    duo_stars = [] # Список для бинарных звездных систем
    mx_starsys = [] # Список для хранения звездной системы с максимальной разницей масс
    # Проходим по каждому кластеру, найденному алгоритмом DBSCAN
    for j in found_star:
        if len(j) == 2: # Проверяем, состоит ли кластер из двух звезд
            # Проверяем являются ли обе эти звезды нейтронными звёздами
            if -2.7 < j[0][2] < 0 and -2.7 < j[1][2] < 0:
                duo_stars.append(j)
    mx_mass = 0 # Переменная для хранения максимальной разницы масс
    for j in duo_stars: # Проходим по всем найденным бинарным системам
        # Вычисляем разницу между массами
        if abs(j[0][2]-j[1][2]) > mx_mass:






































































































































































































            mx_mass = abs(j[0][2]-j[1][2]) # Обновляем максимальную разницу
            mx_starsys = j # Сохраняем текущую звездную систему как систему с максимальной разницей
    ans.append(mx_starsys)

# Рассчитываем среднее значение
res_X = 0
res_Y = 0
for i in ans:
    res_X += (i[0][0] + i[1][0])
    res_Y += (i[0][1] + i[1][1])

print(int(res_X / 4 * 100))  # Для файла А
print(int(res_Y / 4 * 100))  # Для файла А

print(int(res_X / 6 * 100))  # Для файла Б
print(int(res_Y / 6 * 100))  # Для файла Б

Ответ: 115 -399 -172 -474