$$S=\frac{1}{2}\left|\sum_{i=1}^{n}\left(x_{i} y_{i+1}-x_{i+1} y_{i}\right)\right|=\frac{1}{2}\left|\sum_{i=1}^{n} x_{i}\left(y_{i+1}-y_{i-1}\right)\right|$$

鞋带公式(Shoelace Formula),也称为高斯面积公式。是由Albrecht Ludwig Friedrich Meister (1724-1788)在1769年,基于高斯(Carl Friedrich Gauss)和C.G.J. Jacobi. 的梯形公式提出的。此公式能够简略疾速的得出立体上任意多边形的面积。因为利用多边形坐标进行穿插相乘,像是系鞋带,所以称之为鞋带公式。

因为计算简略,很适宜计算面积时应用。

应用形式是选取多边形一个点做顶点,而后向一个方向程序取坐标(必须是程序的)。之后依照公式进行穿插相乘。计算中如果遇到坐标超出顶点个数范畴时循环取数。

例子

三角形由公式可得固定方程(超出下标时循环取数):

$$S_\text{triangle}=\frac{1}{2}\left| x_{1}\left(y_{2}-y_{3}\right) + x_{2}\left(y_{3}-y_{1}\right) + x_{3}\left(y_{1}-y_{2}\right) \right|$$

代入三角形数据:

$$A点:\left(0, 6 \right) \\B点:\left(1, 1 \right) \\C点:\left(4, 1 \right)$$

三角形面积求得:

$$\begin{align}S_\text{triangle} &= \frac{1}{2} \left| 0 \cdot \left(1-1\right) + 1 \cdot \left(1-6\right) + 4 \cdot \left(6-1\right) \right| \\&= \frac{1}{2} \left| -5 + 4 \times 5 \right| \\&= 7.5\end{align}$$

参考资料的链接外面还有举更简单的图形例子。

代码

 const shoelaceFormula = (vertices: Array<{ x: number; y: number }>) => {  const length = vertices.length;  let area: number;  area = vertices.reduce((sum, vertice, i, array) => {    const afterIndex = i + 1 >= length ? 0 : i + 1;    const bforeIndex = i - 1 < 0 ? length - 1 : i - 1;    return sum + vertice.x * (array[afterIndex].y - array[bforeIndex].y);  }, 0);  return Math.abs(area) / 2;};

参考资料

Shoelace formula - Wikipedia

【国内数学比赛】任意多边形面积计算公式

鞋带定理(Shoelace formula)求2D多边形面积

几何图形面积公式的倒退简史,从“海伦公式”到“高斯公式”

积分关系定理(格林公式、高斯公式、斯托克斯公式)