Coursera 算法二 week2 Seam Carving
这周作业设计到的算法是有向无环图的最短路径算法,只需要按照顶点的拓扑顺序去放松顶点即可。而在这个题目中拓扑顺序就是按照行的顺序或列的顺序。
用到的数据结构为一个二维数组picture同来存储每个像素的颜色,一个二维数组energy用来存储每个像素的能量。开始我是用一个Picture类的对象来存储图像,但是在讨论区里发现用二维数组存储图像,可以占用更小的存储,且计算能量、removeseam时更快更方便。
在检验各像素能量时发现计算结果不正确,后来发现是运算符优先级的问题,((rgbLeft >> 16) & 0xFF) - ((rgbRight >> 16) & 0xFF),即‘ - ’的优先级大于‘ & ’的优先级,因此需要加括号。
在Checklist的Possible Progress Steps中发现计算seam以及removeseam时可以只写Horizontal和Vertical中的一个,然后另一个用矩阵转置的方法来完成。
第一次提交时memory没有通过,原因是把二维数组distTo和二维数组edgeTo放到了成员变量里,后来把这两个数组放到局部变量,就通过了memory测试。
import edu.princeton.cs.algs4.Picture;
public class SeamCarver {
private int[][] picture;
private double[][] energy;
private int width;
private int height;
public SeamCarver(Picture picture) // create a seam carver object based on the given picture
{
if (picture == null)
throw new IllegalArgumentException();
width = picture.width();
height = picture.height();
energy = new double[width][height];
this.picture = new int[width][height];
for (int i = 0; i < width(); i++)
{
for (int j = 0; j < height(); j++)
this.picture[i][j] = picture.getRGB(i, j);
}
for (int i = 0; i < width(); i++)
{
for (int j = 0; j < height(); j++)
energy[i][j] = computeEnergy(i, j);
}
}
private double computeEnergy(int x, int y)
{
if (x == 0 || x == width() - 1 || y == 0 || y == height() - 1)
return 1000.0;
int rgbUp = picture[x][y - 1];
int rgbDown = picture[x][y + 1];
int rgbLeft = picture[x - 1][y];
int rgbRight = picture[x + 1][y];
double rx = Math.pow(((rgbLeft >> 16) & 0xFF) - ((rgbRight >> 16) & 0xFF), 2);
double gx = Math.pow(((rgbLeft >> 8) & 0xFF) - ((rgbRight >> 8) & 0xFF), 2);
double bx = Math.pow(((rgbLeft >> 0) & 0xFF) - ((rgbRight >> 0) & 0xFF), 2);
double ry = Math.pow(((rgbUp >> 16) & 0xFF) - ((rgbDown >> 16) & 0xFF), 2);
double gy = Math.pow(((rgbUp >> 8) & 0xFF) - ((rgbDown >> 8) & 0xFF), 2);
double by = Math.pow(((rgbUp >> 0) & 0xFF) - ((rgbDown >> 0) & 0xFF), 2);
return Math.sqrt(rx + gx + bx + ry + gy + by);
}
public Picture picture() // current picture
{
Picture pic = new Picture(width, height);
for (int i = 0; i < width; i++)
for (int j = 0; j < height; j++)
pic.setRGB(i, j, picture[i][j]);
return pic;
}
public int width() // width of current picture
{
return width;
}
public int height() // height of current picture
{
return height;
}
public double energy(int x, int y) // energy of pixel at column x and row y
{
if (x < 0 || x > width - 1 || y < 0 || y > height - 1)
throw new IllegalArgumentException();
return energy[x][y];
}
private void relaxvertical(double[][] distTo, int[][] edgeTo, int x, int y)
{
if (distTo[x][y + 1] > distTo[x][y] + energy[x][y + 1])
{
distTo[x][y + 1] = distTo[x][y] + energy[x][y + 1];
edgeTo[x][y + 1] = x;
}
if (x > 0 && distTo[x - 1][y + 1] > distTo[x][y] + energy[x - 1][y + 1])
{
distTo[x - 1][y + 1] = distTo[x][y] + energy[x - 1][y + 1];
edgeTo[x - 1][y + 1] = x;
}
if (x < width() - 1 && distTo[x + 1][y + 1] > distTo[x][y] + energy[x + 1][y + 1])
{
distTo[x + 1][y + 1] = distTo[x][y] + energy[x + 1][y + 1];
edgeTo[x + 1][y + 1] = x;
}
}
private void transpose()
{
int temp = width;
width = height;
height = temp;
double[][] energy2 = new double[width][height];
int[][] picture2 = new int[width][height];
for (int i = 0; i < width; i++)
{
for (int j = 0; j < height; j++)
{
energy2[i][j] = energy[j][i];
picture2[i][j] = picture[j][i];
}
}
energy = energy2;
picture = picture2;
}
public int[] findHorizontalSeam() // sequence of indices for horizontal seam
{
transpose();
int[] array = findVerticalSeam();
transpose();
return array;
}
public int[] findVerticalSeam() // sequence of indices for vertical seam
{
int[] seam = new int[height];
double[][] distTo = new double[width][height];
int[][] edgeTo = new int[width][height];
for (int i = 0; i < width; i++)
{
for (int j = 0; j < height; j++)
{
if (j == 0) distTo[i][j] = energy[i][j];
else distTo[i][j] = Double.POSITIVE_INFINITY;
}
}
for (int j = 0; j < height - 1; j++)
{
for (int i = 0; i < width; i++)
{
relaxvertical(distTo, edgeTo, i, j);
}
}
double min = Double.MAX_VALUE;
int minIndex = 0;
for (int i = 0; i < width; i++)
{
if (distTo[i][height - 1] < min)
{
min = distTo[i][height - 1];
minIndex = i;
}
}
seam[height - 1] = minIndex;
for (int j = height - 2; j >= 0; j--)
{
seam[j] = edgeTo[seam[j + 1]][j + 1];
}
return seam;
}
public void removeHorizontalSeam(int[] seam) // remove horizontal seam from current picture
{
checkSeam(seam);
int min = Integer.MAX_VALUE;
int max = 0;
for (int i = 0; i < width; i++)
{
if (seam[i] > max) max = seam[i];
if (seam[i] < min) min = seam[i];
for (int j = seam[i]; j < height - 1; j++)
{
picture[i][j] = picture[i][j + 1];
}
}
height--;
if (min > 0) min--;
if (max > height - 1) max = height - 1;
for (int i = 0; i < width; i++)
{
for (int j = min; j <= max; j++)
energy[i][j] = computeEnergy(i, j);
for (int j = max + 1; j < height - 1; j++)
energy[i][j] = energy[i][j + 1];
}
}
private void checkSeam(int[] seam)
{
if (height <= 1 || seam == null || seam.length != width)
throw new IllegalArgumentException();
for (int i = 0; i < width; i++)
{
if (seam[i] < 0 || seam[i] > height - 1)
throw new IllegalArgumentException();
if (i > 0 && Math.abs(seam[i] - seam[i - 1]) > 1)
throw new IllegalArgumentException();
}
}
public void removeVerticalSeam(int[] seam) // remove vertical seam from current picture
{
transpose();
removeHorizontalSeam(seam);
transpose();
}
}
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