#!/usr/bin/env python

"""
    TP n°2 MNI
    20 janvier 2020
    Franck Palacios
    Dylan Voisin
"""

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

def norme(u):
    return sum(i**2 for i in u) ** 0.5

def produit_scalaire(u, v):
    return sum(i*j for i, j in zip(u, v))

def produit_vectoriel(u, v):
    return [0, 0, u[0]*v[1] - v[0]*u[1]]

def cos_vect(u, v):
    return produit_scalaire(u, v) / (norme(u) * norme(v))

def sin_vect(u, v):
    return norme(produit_vectoriel(u, v)) / (norme(u) * norme(v))

def signe_angle(u, v):
    """renvoie le signe de l'angle orienté (u, v)"""
    return -1 if u[0]*v[1] - v[0]*u[1] < 0 else 1

def points_vers_vecteur(p1, p2):
    """renvoie le vecteur formé par p1 et p2"""
    return [p2[0] - p1[0], p2[1] - p1[1]]

def polygone_convexe(P):
    """Renvoie True si le polygone P est convexe, False sinon
    le premier et le dernier sont différents !"""
    signe = 0
    for i in range(len(P)):
        u = points_vers_vecteur(P[i], P[(i+1)%len(P)])
        v = points_vers_vecteur(P[(i+1)%len(P)], P[(i+2)%len(P)])
        if signe == 0:
            signe = signe_angle(u, v)
        if signe != signe_angle(u, v):
            return False
    return True

def affiche_polygone(P):
    """affiche un polygone P via pyplot et met en titre l'état de convexité"""
    convexité = "convexe" if polygone_convexe(P) else "non convexe"
    P = np.array(list(P) + [P[0]])
    x = P[:,0]
    y = P[:,1]
    plt.title("Polygone " + convexité)
    plt.plot(x, y)
    plt.show()

def intersection_segments(pa, pb, pc, pd):
    """retourne vrai si AB et CD se croisent"""
    # erreur car pas conservation sens vecteur
    ab = points_vers_vecteur(pa, pb)
    ac = points_vers_vecteur(pa, pc)
    ad = points_vers_vecteur(pa, pd)
    cd = points_vers_vecteur(pc, pd)
    cb = points_vers_vecteur(pc, pb)
    ca = points_vers_vecteur(pc, pa)

    intersect = None
    if signe_angle(ab, ac) == signe_angle(ab, ad):
        intersect = False
    else:
        if signe_angle(cd, ca) == signe_angle(cd, cb):
            # pas intersection
            intersect = False
        else:
            intersect = True
    return intersect

def affiche_segments(pa, pb, pc, pd):
    """affiche un segment avec pyplot et met en titre l'état de l'intersection"""
    intersection = "se croisent" if intersection_segments(pa, pb, pc, pd) else "ne se croisent pas"
    x_ab = [pa[0], pb[0]]
    y_ab = [pa[1], pb[1]]
    x_cd = [pc[0], pd[0]]
    y_cd = [pc[1], pd[1]]
    plt.title("Les segments " + intersection)
    plt.plot(x_ab, y_ab)
    plt.plot(x_cd, y_cd)
    plt.show()

def sous_matrice(m, i, j=0):
    """renvoie la sous-matrice issue de m sans la ligne i et colonne j"""
    sm = []
    for k in range(len(m)):
        if k != i:
            sm.append([])
            for l in range(len(m[i])):
                if l != j:
                    sm[-1].append(m[k][l])
    return sm

def det(m):
    """renvoie le déterminant de m"""
    if len(m) == 1:
        return m[0][0] # ici on a [[a]], a scalaire
    if len(m) == 2:
        return m[0][0] * m[1][1] - m[0][1] * m[1][0]
    else:
        signe = 0
        det_ = 0
        for i in range(len(m)):
            det_ += (-1) ** signe * m[i][0] * det(sous_matrice(m, i))
            signe ^= 1 # changement de signe
        return det_

def inversion_matrice(m):
    """renvoie l'inverse de la matrice m"""
    inv_m = [[0 for i in range(len(m))] for j in range(len(m))]
    for i in range(len(m)):
        for j in range(len(m[0])):
            sm = sous_matrice(m, i, j)
            d = det(sm)
            inv_m[j][i] = (-1) ** ((i+j)%2) * d
    return inv_m

def affiche_matrice(m):
    """affiche la matrice m de façon «jolie»"""
    max_ = max(len(str(m[i][j])) for i in range(len(m)) for j in range(len(m)))
    space = max_ + 2
    for i in range(len(m)):
        for j in range(len(m)):
            if j != len(m) - 1:
                print("{:{}}".format(m[i][j], space), end = '')
            else:
                print("{:{}}".format(m[i][j], space))


def main():
    u = (2, 3)
    v = (-2, 7)
    print("u=", u)
    print("v=", v)
    print("produit scalaire:", produit_scalaire(u, v))
    print("produit vectoriel:", produit_vectoriel(u, v))
    print("cos²(u, v) + sin²(u, v)=", cos_vect(u, v)**2 + sin_vect(u, v)**2)

    carré = (
        (0, 0),
        (1, 0),
        (1, 1),
        (0, 1)
    )
    affiche_polygone(carré)

    non_convexe = (
        (0, 0),
        (0.5, 0.5),
        (1, 0),
        (1, 1),
        (0, 1)
    )
    affiche_polygone(non_convexe)

    a = (0, 2)
    b = (3, 3)
    c = (2, 2)
    d = (4, 0)
    affiche_segments(a, b, c, d)
    affiche_segments(c, d, a, b)

    a = (0, 0)
    b = (1, 1)
    c = (0, 1)
    d = (1, 0)
    affiche_segments(a, b, c, d)

    m22 = (
        (1, 2),
        (3, 4)
    )
    m33 = (
        (1, 2, 3),
        (4, 5, 6),
        (7, 8, 9)
    )
    print("m22:")
    affiche_matrice(m22)
    print("det(m22)=", det(m22))
    print("m33:")
    affiche_matrice(m33)
    print("son déterminant:", det(m33))
    print("mineur de m33 sans la ligne 1 et col 1:")
    affiche_matrice(sous_matrice(m33, 1, 1))
    print("son déterminant:", det(sous_matrice(m33, 1, 1)))

    A = (
        (5, 7),
        (2, 3)
    )
    print("A:")
    affiche_matrice(A)
    print("A^{-1}:")
    affiche_matrice(inversion_matrice(A))

    M3 = (
        (1, 2, 3),
        (0, 1, 4),
        (5, 6, 0)
    )
    # source M3: https://fr.wikihow.com/calculer-l%27inverse-d%27une-matrice-3x3
    # M3⁻¹
    # -24   18   5
    #  20  -15  -4
    #  -5    4   1
    print("M3:")
    affiche_matrice(M3)
    print("M3^{-1}")
    affiche_matrice(inversion_matrice(M3))


if __name__ == "__main__":
    main()