计算两个角度之间的差异

Question

我意识到这可能是有史以来最菜鸟的问题，但我的想法完全被卡住了。

我有两个角度，可以说是两个单位的罗盘方向

单元 1：90.0

单元 2：45.0

如果它们相差超过 20 度，则 unit2 需要采用 unit1 的方向，+/-20 度，这样

unit1:90.0

unit2:70.0

我可以使用

计算出这两者（有符号）之间的度数差异

angle = 180 - abs(abs(unit1 - unit2) - 180)

但我需要知道是调整 +20 还是 -20。

例如，对于这个集合：

单元 1:270

unit2:350

unit2需要变成290（unit1加20度）

我很确定可能有一个 python 函数可以为我做这件事，但我完全卡住了，不记得我 20 年前学过的任何数学。

我完全希望有人能愚弄我，但无论如何我都会很感激。

Answer 1

我明白你为什么会坚持下去。另一个解决方案并没有真正解决像 unit1 处于 30 度和 unit2 处于 340 度这样的情况，它会在 360 度旋转到 0 度。代码可以进行一些清理，但我希望这会有所帮助。

import math

# calculate and return the distance unit2 
# needs to move to reach unit1
def get_distance(unit1, unit2):
    phi = abs(unit2-unit1) % 360
    sign = 1
    # used to calculate sign
    if not ((unit1-unit2 >= 0 and unit1-unit2 <= 180) or (
            unit1-unit2 <= -180 and unit1-unit2 >= -360)):
        sign = -1
    if phi > 180:
        result = 360-phi
    else:
        result = phi

    return result*sign

# distance unit2 needs to move to reach unit1
print get_distance(90,45)  # output 45 
print get_distance(270, 350) # output -80 
print get_distance(350, 30) # output -40 (unit2 moves -40 degrees)   
print get_distance(30, 350) # output 40  

unit1 = 30
unit2 = 350
# then calculate distance to move by taking 20 from distance
distance_to_move = (get_distance(unit1, unit2) - 20)

print (unit2 + distance_to_move)%360 # new position 10

正如Tadhg 所指出的那样，我对其进行了一些更改，使其可以工作超过 360 度。 20 度的方差也没有那么硬编码。

import math

# calculate and return the distance unit2 
# needs to move to reach unit1
def get_distance(unit1, unit2):
    phi = (unit2-unit1) % 360
    sign = -1
    # used to calculate sign
    if not ((phi >= 0 and phi <= 180) or (
            phi <= -180 and phi >= -360)):
        sign = 1
    if phi > 180:
        result = 360-phi
    else:
        result = phi
    return (result*sign), sign

def get_sign(unit1, unit2):
    phi = (unit2-unit1) % 360
    sign = 1
    if ((phi >= 0 and phi <= 180) or (
            phi <= -180 and phi >= -360)):
        sign = -1
    return sign

def new_position(unit1, unit2, variance = 20):
    distance_to_move, sign = get_distance(unit1, unit2)
    variance*=sign
    # %360 to keep it within the circle
    return (unit2+distance_to_move-variance)%360

# distance unit2 needs to move to reach unit1
assert (get_distance(90,45) == (45, 1))
assert (get_distance(270, 350) == (-80, -1))
assert (get_distance(350, 30) == (-40, -1))   
assert (get_distance(30, 350) == (40, 1))
assert (get_distance(50, 360*4) == (50, 1))
assert (get_distance(360*4, 50) == (-50, -1))
print "----------"
assert (new_position(90,45) == 70)
assert (new_position(270, 350) == 290) 
assert (new_position(350, 30) == 10)
assert (new_position(30, 350) == 10)
assert (new_position(50, 360*4) == 30)
assert (new_position(360*4, 50) == 20)

Answer 2

如果两个方向之间的距离大于 360，则当前计算两个方向之间角度的方法将分崩离析：

unit1 = 360 * 4
unit2 = 50
angle = 180 - abs(abs(unit1 - unit2) - 180)
print(angle) #outputs -1050

我强烈建议使用模数% 来计算角度：

#this will calculate the angle so that 0<=angle<360
angle = (unit2 - unit1) % 360

#this alone will give you the angle such that:
assert 0<= angle <360
assert (unit1 + angle) %360 == unit2 %360

虽然使用 -180 到 180 之间的值而不是 0 到 360 之间的值会更容易，因此您可以将 180 以上的值减少为负数，如下所示：

angle = (unit2 - unit1) % 360
if angle>180:
    angle -=360

# or using @PM2Ring suggestion in comments
angle = 180 - (180 - unit2 + unit1) % 360

#now these two statements will always be True
assert -180< angle<=180
assert (unit1 + angle) %360 == unit2 %360

那么您可以只检查大于 20 或小于 -20 的值：

if angle>20:
    unit2 = unit1 + 20
elif angle<-20:
    unit2 = unit1 - 20
#else leave unit2 unchanged

---

编辑： 如果您不介意使用 0 到 360 之间的角度，您仍然可以使用 340 作为截止值进行等效计算：

if 20<angle<=180:
    unit2 = unit1 + 20
elif angle<340: #elif angle in range(181,340):
    unit2 = unit1 - 20
#else: assert angle in range(21) or angle in range(340,360) #no change

这篇文章和原帖使用 3 次检查来完成任务，但这种方法没有减少 angle 的可能额外步骤，因此这将执行得更快，但可能会更令人困惑。

Answer 3

从概念上讲，您正在寻找这个伪代码：

if angle_difference > 20:
    if unit1 > unit2:
        unit2 = unit1 - 20
    else:
        unit2 = unit1 + 20

也就是说，例如，如果unit1 更大，那么unit2 将增加，直到它比unit1 少20。但是，我最初错过了一个技巧。如果角度差大于 180，则它们的补码小于 180，因此unit2 从另一个方向接近unit1 的时间更短，符号计算切换。

def adjust_angle(a, b):
    angle = abs(a - b)
    if 340 > angle > 20:
        adjustment = -20 if angle < 180 else 20
        b = (a + adjustment if a > b else a - adjustment) % 360
    return a, b

这里要解释几点。同理，如果角度差小于 20，则无需执行任何操作，大于 340 (360-20) 的情况也是如此。

sn-p

if 340 > angle > 20:
    adjustment = -20 if angle < 180 else 20
    b = (a + adjustment if a > b else a - adjustment) % 360

在逻辑上等价于以下

if 340 > angle > 20:
    if angle < 180:
        b = (a - 20 if a > b else a + 20) % 360
    else:
        b = (a + 20 if a > b else a - 20) % 360

通过使用adjustment 变量，我们简单地消除了代码复制。

最后，使用模运算是因为有时在纯计算中unit2 可能超过值 360。例如，对于unit1 = 50 和unit2 = 340，unit2 必须增加 50，实际上变成 390。但由于我们被限制在 0 到 360 度，结果会变成 30。

Answer 4

我知道这是一篇旧帖子，但只是想分享这个漂亮的小单线来比较角度。实现使用 numpy 并利用了一些循环数学。您可能会发现的唯一问题是它会为绝对边缘返回 False。例如unit1 = 90 和 unit2 = 70。但如果 unit2 = 70.01 将返回 True。

import math
import numpy

if math.cos(np.deg2rad(unit2) - np.deg2rad(unit1)) >= math.cos(np.deg2rad(20)):
    unit2=unit1