Etiquetage des composants connectés
J'ai posé une question similaire il y a quelques jours, mais je n'ai pas encore trouvé de moyen efficace de résoudre mon problème ... Je développe un jeu de console simple, et j'ai un tableau 2D comme celui-ci:
1,0,0,0,1
1,1,0,1,1
0,1,0,0,1
1,1,1,1,0
0,0,0,1,0
J'essaie de trouver toutes les zones composées de voisins 1 (connectivité à 4 voies). Donc, dans cet exemple, les 2 zones sont les suivantes:
1
1,1
1
1,1,1,1
1
et :
1
1,1
1
L'algorithme, sur lequel j'ai travaillé, trouve tous les voisins des voisins d'une cellule et fonctionne parfaitement sur ce type de matrices. Cependant, lorsque j'utilise des tableaux plus grands (comme 90 * 90), le programme est très lent et parfois, les énormes tableaux utilisés provoquent des débordements de pile.
Une autre personne de mon autre question m'a parlé de l'étiquetage des composants connectés comme solution efficace à mon problème.
Quelqu'un peut-il me montrer n'importe quel code C++ qui utilise cet algorithme, parce que je suis un peu confus quant à la façon dont il fonctionne réellement avec cette structure de données disjoint-set ...
Merci beaucoup pour votre aide et votre temps.
Je vais d'abord vous donner le code et ensuite l'expliquer un peu:
// direction vectors
const int dx[] = {+1, 0, -1, 0};
const int dy[] = {0, +1, 0, -1};
// matrix dimensions
int row_count;
int col_count;
// the input matrix
int m[MAX][MAX];
// the labels, 0 means unlabeled
int label[MAX][MAX];
void dfs(int x, int y, int current_label) {
if (x < 0 || x == row_count) return; // out of bounds
if (y < 0 || y == col_count) return; // out of bounds
if (label[x][y] || !m[x][y]) return; // already labeled or not marked with 1 in m
// mark the current cell
label[x][y] = current_label;
// recursively mark the neighbors
for (int direction = 0; direction < 4; ++direction)
dfs(x + dx[direction], y + dy[direction], current_label);
}
void find_components() {
int component = 0;
for (int i = 0; i < row_count; ++i)
for (int j = 0; j < col_count; ++j)
if (!label[i][j] && m[i][j]) dfs(i, j, ++component);
}
C'est une façon courante de résoudre ce problème.
Les vecteurs de direction ne sont qu’un moyen agréable de trouver les cellules voisines (dans chacune des quatre directions).
Le dFS La fonction effectue une recherche depth-first-search de la grille. Cela signifie simplement qu'il visitera toutes les cellules accessibles depuis la cellule de départ. Chaque cellule sera marquée avec current_label
La fonction find_components parcourt toutes les cellules de la grille et lance un étiquetage de composant s'il trouve une cellule non étiquetée (marquée d'un 1).
Cela peut également être fait de manière itérative en utilisant une pile . Si vous remplacez la pile par une file d'attente, vous obtenez le bfs ou width-first-search.
Ceci peut être résolu avec union find (bien que DFS, comme indiqué dans l'autre réponse, soit probablement un peu plus simple).
L'idée de base de cette structure de données est de fusionner à plusieurs reprises des éléments dans le même composant. Pour ce faire, chaque composant est représenté sous forme d'arborescence (les nœuds gardant la trace de leur propre parent au lieu de l'inverse), vous pouvez vérifier si 2 éléments se trouvent dans le même composant en vous déplaçant jusqu'au nœud racine et vous pouvez fusionner les nœuds. en faisant simplement d'une racine le parent de l'autre racine.
Un exemple de code court démontrant ceci:
const int w = 5, h = 5;
int input[w][h] = {{1,0,0,0,1},
{1,1,0,1,1},
{0,1,0,0,1},
{1,1,1,1,0},
{0,0,0,1,0}};
int component[w*h];
void doUnion(int a, int b)
{
// get the root component of a and b, and set the one's parent to the other
while (component[a] != a)
a = component[a];
while (component[b] != b)
b = component[b];
component[b] = a;
}
void unionCoords(int x, int y, int x2, int y2)
{
if (y2 < h && x2 < w && input[x][y] && input[x2][y2])
doUnion(x*h + y, x2*h + y2);
}
int main()
{
for (int i = 0; i < w*h; i++)
component[i] = i;
for (int x = 0; x < w; x++)
for (int y = 0; y < h; y++)
{
unionCoords(x, y, x+1, y);
unionCoords(x, y, x, y+1);
}
// print the array
for (int x = 0; x < w; x++)
{
for (int y = 0; y < h; y++)
{
if (input[x][y] == 0)
{
cout << ' ';
continue;
}
int c = x*h + y;
while (component[c] != c) c = component[c];
cout << (char)('a'+c);
}
cout << "\n";
}
}
Ce qui précède montrera chaque groupe de 1 en utilisant une lettre différente de l'alphabet.
p i
pp ii
p i
pppp
p
Il devrait être facile de le modifier pour obtenir les composants séparément ou pour obtenir une liste des éléments correspondant à chaque composant. Une idée est de remplacer cout << (char)('a'+c); ci-dessus par componentMap[c].add(Point(x,y)) par componentMap étant un map<int, list<Point>> - chaque entrée de cette carte correspondra alors à un composant et donnera une liste de points.
Il existe diverses optimisations pour améliorer l'efficacité de la recherche d'union, ce qui précède n'est qu'une implémentation de base.
Vous pouvez également essayer cette approche de fermeture transitive, mais la triple boucle pour la fermeture transitive ralentit les choses lorsque l'image contient de nombreux objets séparés. Des modifications de code suggérées sont les bienvenues.
À votre santé
Dave
void CC(unsigned char* pBinImage, unsigned char* pOutImage, int width, int height, int CON8)
{
int i, j, x, y, k, maxIndX, maxIndY, sum, ct, newLabel=1, count, maxVal=0, sumVal=0, maxEQ=10000;
int *eq=NULL, list[4];
int bAdd;
memcpy(pOutImage, pBinImage, width*height*sizeof(unsigned char));
unsigned char* equivalences=(unsigned char*) calloc(sizeof(unsigned char), maxEQ*maxEQ);
// modify labels this should be done with iterators to modify elements
// current column
for(j=0; j<height; j++)
{
// current row
for(i=0; i<width; i++)
{
if(pOutImage[i+j*width]>0)
{
count=0;
// go through blocks
list[0]=0;
list[1]=0;
list[2]=0;
list[3]=0;
if(j>0)
{
if((i>0))
{
if((pOutImage[(i-1)+(j-1)*width]>0) && (CON8 > 0))
list[count++]=pOutImage[(i-1)+(j-1)*width];
}
if(pOutImage[i+(j-1)*width]>0)
{
for(x=0, bAdd=true; x<count; x++)
{
if(pOutImage[i+(j-1)*width]==list[x])
bAdd=false;
}
if(bAdd)
list[count++]=pOutImage[i+(j-1)*width];
}
if(i<width-1)
{
if((pOutImage[(i+1)+(j-1)*width]>0) && (CON8 > 0))
{
for(x=0, bAdd=true; x<count; x++)
{
if(pOutImage[(i+1)+(j-1)*width]==list[x])
bAdd=false;
}
if(bAdd)
list[count++]=pOutImage[(i+1)+(j-1)*width];
}
}
}
if(i>0)
{
if(pOutImage[(i-1)+j*width]>0)
{
for(x=0, bAdd=true; x<count; x++)
{
if(pOutImage[(i-1)+j*width]==list[x])
bAdd=false;
}
if(bAdd)
list[count++]=pOutImage[(i-1)+j*width];
}
}
// has a neighbour label
if(count==0)
pOutImage[i+j*width]=newLabel++;
else
{
pOutImage[i+j*width]=list[0];
if(count>1)
{
// store equivalences in table
for(x=0; x<count; x++)
for(y=0; y<count; y++)
equivalences[list[x]+list[y]*maxEQ]=1;
}
}
}
}
}
// floyd-Warshall algorithm - transitive closure - slow though :-(
for(i=0; i<newLabel; i++)
for(j=0; j<newLabel; j++)
{
if(equivalences[i+j*maxEQ]>0)
{
for(k=0; k<newLabel; k++)
{
equivalences[k+j*maxEQ]= equivalences[k+j*maxEQ] || equivalences[k+i*maxEQ];
}
}
}
eq=(int*) calloc(sizeof(int), newLabel);
for(i=0; i<newLabel; i++)
for(j=0; j<newLabel; j++)
{
if(equivalences[i+j*maxEQ]>0)
{
eq[i]=j;
break;
}
}
free(equivalences);
// label image with equivalents
for(i=0; i<width*height; i++)
{
if(pOutImage[i]>0&&eq[pOutImage[i]]>0)
pOutImage[i]=eq[pOutImage[i]];
}
free(eq);
}
Veuillez trouver ci-dessous l'exemple de code pour l'étiquetage des composants connectés. Le code est écrit en Java
package addressextraction;
public class ConnectedComponentLabelling {
int[] dx={+1, 0, -1, 0};
int[] dy={0, +1, 0, -1};
int row_count=0;
int col_count=0;
int[][] m;
int[][] label;
public ConnectedComponentLabelling(int row_count,int col_count) {
this.row_count=row_count;
this.col_count=col_count;
m=new int[row_count][col_count];
label=new int[row_count][col_count];
}
void dfs(int x, int y, int current_label) {
if (x < 0 || x == row_count) return; // out of bounds
if (y < 0 || y == col_count) return; // out of bounds
if (label[x][y]!=0 || m[x][y]!=1) return; // already labeled or not marked with 1 in m
// mark the current cell
label[x][y] = current_label;
// System.out.println("****************************");
// recursively mark the neighbors
int direction = 0;
for (direction = 0; direction < 4; ++direction)
dfs(x + dx[direction], y + dy[direction], current_label);
}
void find_components() {
int component = 0;
for (int i = 0; i < row_count; ++i)
for (int j = 0; j < col_count; ++j)
if (label[i][j]==0 && m[i][j]==1) dfs(i, j, ++component);
}
public static void main(String[] args) {
ConnectedComponentLabelling l=new ConnectedComponentLabelling(4,4);
l.m[0][0]=0;
l.m[0][1]=0;
l.m[0][2]=0;
l.m[0][3]=0;
l.m[1][0]=0;
l.m[1][1]=1;
l.m[1][2]=0;
l.m[1][3]=0;
l.m[2][0]=0;
l.m[2][1]=0;
l.m[2][2]=0;
l.m[2][3]=0;
l.m[3][0]=0;
l.m[3][1]=1;
l.m[3][2]=0;
l.m[3][3]=0;
l.find_components();
for (int i = 0; i < 4; i++) {
for (int j = 0; j < 4; j++) {
System.out.print(l.label[i][j]);
}
System.out.println("");
}
}
}
document très utile => https://docs.google.com/file/d/0B8gQ5d6E54ZDM204VFVxMkNtYjg/edit
Application Java - Open Source - Extraire des objets d’image - étiquetage des composants connectés => https://drive.google.com/file/d/0B8gQ5d6E54ZDTVdsWE1ic2lpaHM/edit?usp=sharing
import Java.util.ArrayList;
public class cclabeling
{
int neighbourindex;ArrayList<Integer> Temp;
ArrayList<ArrayList<Integer>> cc=new ArrayList<>();
public int[][][] cclabel(boolean[] Main,int w){
/* this method return array of arrays "xycc" each array contains
the x,y coordinates of pixels of one connected component
– Main => binary array of image
– w => width of image */
long start=System.nanoTime();
int len=Main.length;int id=0;
int[] dir={-w-1,-w,-w+1,-1,+1,+w-1,+w,+w+1};
for(int i=0;i<len;i+=1){
if(Main[i]){
Temp=new ArrayList<>();
Temp.add(i);
for(int x=0;x<Temp.size();x+=1){
id=Temp.get(x);
for(int u=0;u<8;u+=1){
neighbourindex=id+dir[u];
if(Main[neighbourindex]){
Temp.add(neighbourindex);
Main[neighbourindex]=false;
}
}
Main[id]=false;
}
cc.add(Temp);
}
}
int[][][] xycc=new int[cc.size()][][];
int x;int y;
for(int i=0;i<cc.size();i+=1){
xycc[i]=new int[cc.get(i).size()][2];
for(int v=0;v<cc.get(i).size();v+=1){
y=Math.round(cc.get(i).get(v)/w);
x=cc.get(i).get(v)-y*w;
xycc[i][v][0]=x;
xycc[i][v][1]=y;
}
}
long end=System.nanoTime();
long time=end-start;
System.out.println("Connected Component Labeling Time =>"+time/1000000+" milliseconds");
System.out.println("Number Of Shapes => "+xycc.length);
return xycc;
}
}