C, оцінка 2.397x10 ^ 38
Людина це зайняла занадто довго, щоб, швидше за все, через мій вибір мови. У мене алгоритм працював досить рано, але у мене виникло багато проблем з розподілом пам’яті (не вдалося рекурсивно звільнити матеріал через переповнення стека, розміри витоків були величезними).
Все-таки! Він перемагає інший запис у кожному тестовому випадку, і, можливо, навіть оптимальне отримує досить близькі або точно оптимальні рішення багато часу.
У всякому разі, ось код:
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>
#define WHITE 'W'
#define BLACK 'B'
#define RED 'R'
typedef struct image {
int w, h;
char* buf;
} image;
typedef struct point {
int x, y;
struct point *next;
struct point *parent;
} point;
typedef struct shape {
point* first_point;
point* last_point;
struct shape* next_shape;
} shape;
typedef struct storage {
point* points;
size_t points_size;
size_t points_index;
shape* shapes;
size_t shapes_size;
size_t shapes_index;
} storage;
char getpx(image* img, int x, int y) {
if (0>x || x>=img->w || 0>y || y>=img->h) {
return WHITE;
} else {
return img->buf[y*img->w+x];
}
}
storage* create_storage(int w, int h) {
storage* ps = (storage*)malloc(sizeof(storage));
ps->points_size = 8*w*h;
ps->points = (point*)calloc(ps->points_size, sizeof(point));
ps->points_index = 0;
ps->shapes_size = 2*w*h;
ps->shapes = (shape*)calloc(ps->shapes_size, sizeof(shape));
ps->shapes_index = 0;
return ps;
}
void free_storage(storage* ps) {
if (ps != NULL) {
if (ps->points != NULL) {
free(ps->points);
ps->points = NULL;
}
if (ps->shapes != NULL) {
free(ps->shapes);
ps->shapes = NULL;
}
free(ps);
}
}
point* alloc_point(storage* ps) {
if (ps->points_index == ps->points_size) {
printf("WHOAH THERE BUDDY SLOW DOWN\n");
/*// double the size of the buffer
point* new_buffer = (point*)malloc(ps->points_size*2*sizeof(point));
// need to change all existing pointers to point to new buffer
long long int pointer_offset = (long long int)new_buffer - (long long int)ps->points;
for (size_t i=0; i<ps->points_index; i++) {
new_buffer[i] = ps->points[i];
if (new_buffer[i].next != NULL) {
new_buffer[i].next += pointer_offset;
}
if (new_buffer[i].parent != NULL) {
new_buffer[i].parent += pointer_offset;
}
}
for(size_t i=0; i<ps->shapes_index; i++) {
if (ps->shapes[i].first_point != NULL) {
ps->shapes[i].first_point += pointer_offset;
}
if (ps->shapes[i].last_point != NULL) {
ps->shapes[i].last_point += pointer_offset;
}
}
free(ps->points);
ps->points = new_buffer;
ps->points_size = ps->points_size * 2;*/
}
point* out = &(ps->points[ps->points_index]);
ps->points_index += 1;
return out;
}
shape* alloc_shape(storage* ps) {
/*if (ps->shapes_index == ps->shapes_size) {
// double the size of the buffer
shape* new_buffer = (shape*)malloc(ps->shapes_size*2*sizeof(shape));
long long int pointer_offset = (long long int)new_buffer - (long long int)ps->shapes;
for (size_t i=0; i<ps->shapes_index; i++) {
new_buffer[i] = ps->shapes[i];
if (new_buffer[i].next_shape != NULL) {
new_buffer[i].next_shape += pointer_offset;
}
}
free(ps->shapes);
ps->shapes = new_buffer;
ps->shapes_size = ps->shapes_size * 2;
}*/
shape* out = &(ps->shapes[ps->shapes_index]);
ps->shapes_index += 1;
return out;
}
shape floodfill_shape(image* img, storage* ps, int x, int y, char* buf) {
// not using point allocator for exploration stack b/c that will overflow it
point* stack = (point*)malloc(sizeof(point));
stack->x = x;
stack->y = y;
stack->next = NULL;
stack->parent = NULL;
point* explored = NULL;
point* first_explored;
point* next_explored;
while (stack != NULL) {
int sx = stack->x;
int sy = stack->y;
point* prev_head = stack;
stack = stack->next;
free(prev_head);
buf[sx+sy*img->w] = 1; // mark as explored
// add point to shape
next_explored = alloc_point(ps);
next_explored->x = sx;
next_explored->y = sy;
next_explored->next = NULL;
next_explored->parent = NULL;
if (explored != NULL) {
explored->next = next_explored;
} else {
first_explored = next_explored;
}
explored = next_explored;
for (int dy=-1; dy<2; dy++) {
for (int dx=-1; dx<2; dx++) {
if (dy != 0 || dx != 0) {
int nx = sx+dx;
int ny = sy+dy;
if (getpx(img, nx, ny) == WHITE || buf[nx+ny*img->w]) {
// skip adding point to fringe
} else {
// push point to top of stack
point* new_point = (point*)malloc(sizeof(point));
new_point->x = nx;
new_point->y = ny;
new_point->next = stack;
new_point->parent = NULL;
stack = new_point;
}
}
}
}
}
/*if (getpx(img, x, y) == WHITE || buf[x+y*img->w]) {
return (shape){NULL, NULL, NULL};
} else {
buf[x+y*img->w] = 1;
shape e = floodfill_shape(img, ps, x+1, y, buf);
shape ne = floodfill_shape(img, ps, x+1, y+1, buf);
shape n = floodfill_shape(img, ps, x, y+1, buf);
shape nw = floodfill_shape(img, ps, x-1, y+1, buf);
shape w = floodfill_shape(img, ps, x-1, y, buf);
shape sw = floodfill_shape(img, ps, x-1, y-1, buf);
shape s = floodfill_shape(img, ps, x, y-1, buf);
shape se = floodfill_shape(img, ps, x+1, y-1, buf);
point *p = alloc_point(ps);
p->x = x;
p->y = y;
p->next = NULL;
p->parent = NULL;
shape o = (shape){p, p, NULL};
if (e.first_point != NULL) {
o.last_point->next = e.first_point;
o.last_point = e.last_point;
}
if (ne.first_point != NULL) {
o.last_point->next = ne.first_point;
o.last_point = ne.last_point;
}
if (n.first_point != NULL) {
o.last_point->next = n.first_point;
o.last_point = n.last_point;
}
if (nw.first_point != NULL) {
o.last_point->next = nw.first_point;
o.last_point = nw.last_point;
}
if (w.first_point != NULL) {
o.last_point->next = w.first_point;
o.last_point = w.last_point;
}
if (sw.first_point != NULL) {
o.last_point->next = sw.first_point;
o.last_point = sw.last_point;
}
if (s.first_point != NULL) {
o.last_point->next = s.first_point;
o.last_point = s.last_point;
}
if (se.first_point != NULL) {
o.last_point->next = se.first_point;
o.last_point = se.last_point;
}
return o;
}*/
shape out = {first_explored, explored, NULL};
return out;
}
shape* create_shapes(image* img, storage* ps) {
char* added_buffer = (char*)calloc(img->w*img->h, sizeof(char));
shape* first_shape = NULL;
shape* last_shape = NULL;
int num_shapes = 0;
for (int y=0; y<img->h; y++) {
for (int x=0; x<img->w; x++) {
if (getpx(img, x, y) != WHITE && !(added_buffer[x+y*img->w])) {
shape* alloced_shape = alloc_shape(ps);
*alloced_shape = floodfill_shape(img, ps, x, y, added_buffer);
if (first_shape == NULL) {
first_shape = alloced_shape;
last_shape = alloced_shape;
} else if (last_shape != NULL) {
last_shape->next_shape = alloced_shape;
last_shape = alloced_shape;
}
num_shapes++;
}
}
}
free(added_buffer);
return first_shape;
}
void populate_buf(image* img, shape* s, char* buf) {
point* p = s->first_point;
while (p != NULL) {
buf[p->x+p->y*img->w] = 1;
p = p->next;
}
}
bool expand_frontier(image* img, storage* ps, shape* prev_frontier, shape* next_frontier, char* buf) {
point* p = prev_frontier->first_point;
point* n = NULL;
bool found = false;
size_t starting_points_index = ps->points_index;
while (p != NULL) {
for (int dy=-1; dy<2; dy++) {
for (int dx=-1; dx<2; dx++) {
if (dy != 0 || dx != 0) {
int nx = p->x+dx;
int ny = p->y+dy;
if ((0<=nx && nx<img->w && 0<=ny && ny<img->h) // in bounds
&& !buf[nx+ny*img->w]) { // not searched yet
buf[nx+ny*img->w] = 1;
if (getpx(img, nx, ny) != WHITE) {
// found a new shape!
ps->points_index = starting_points_index;
n = alloc_point(ps);
n->x = nx;
n->y = ny;
n->next = NULL;
n->parent = p;
found = true;
goto __expand_frontier_fullbreak;
} else {
// need to search more
point* f = alloc_point(ps);
f->x = nx;
f->y = ny;
f->next = n;
f->parent = p;
n = f;
}
}
}
}}
p = p->next;
}
__expand_frontier_fullbreak:
p = NULL;
point* last_n = n;
while (last_n->next != NULL) {
last_n = last_n->next;
}
next_frontier->first_point = n;
next_frontier->last_point = last_n;
return found;
}
void color_from_frontier(image* img, point* frontier_point) {
point* p = frontier_point->parent;
while (p->parent != NULL) { // if everything else is right,
// a frontier point should come in a chain of at least 3
// (f point (B) -> point to color (W) -> point in shape (B) -> NULL)
img->buf[p->x+p->y*img->w] = RED;
p = p->parent;
}
}
int main(int argc, char** argv) {
if (argc < 3) {
printf("Error: first argument must be filename to load, second argument filename to save to.\n");
return 1;
}
char* fname = argv[1];
FILE* fp = fopen(fname, "r");
if (fp == NULL) {
printf("Error opening file \"%s\"\n", fname);
return 1;
}
int w, h;
w = 0;
h = 0;
fscanf(fp, "%d %d\n", &w, &h);
if (w==0 || h==0) {
printf("Error: invalid width/height specified\n");
return 1;
}
char* buf = (char*)malloc(sizeof(char)*w*h+1);
fgets(buf, w*h+1, fp);
fclose(fp);
image img = (image){w, h, buf};
int nshapes = 0;
storage* ps = create_storage(w, h);
while (nshapes != 1) {
// main loop, do processing step until one shape left
ps->points_index = 0;
ps->shapes_index = 0;
shape* head = create_shapes(&img, ps);
nshapes = 0;
shape* pt = head;
while (pt != NULL) {
pt = pt->next_shape;
nshapes++;
}
if (nshapes % 1024 == 0) {
printf("shapes left: %d\n", nshapes);
}
if (nshapes == 1) {
goto __main_task_complete;
}
shape* frontier = alloc_shape(ps);
// making a copy so we can safely free later
point* p = head->first_point;
point* ffp = NULL;
point* flp = NULL;
while (p != NULL) {
if (ffp == NULL) {
ffp = alloc_point(ps);
ffp->x = p->x;
ffp->y = p->y;
ffp->next = NULL;
ffp->parent = NULL;
flp = ffp;
} else {
point* fnp = alloc_point(ps);
fnp->x = p->x;
fnp->y = p->y;
fnp->next = NULL;
fnp->parent = NULL;
flp->next = fnp;
flp = fnp;
}
p = p->next;
}
frontier->first_point = ffp;
frontier->last_point = flp;
frontier->next_shape = NULL;
char* visited_buf = (char*)calloc(img.w*img.h+1, sizeof(char));
populate_buf(&img, frontier, visited_buf);
shape* new_frontier = alloc_shape(ps);
new_frontier->first_point = NULL;
new_frontier->last_point = NULL;
new_frontier->next_shape = NULL;
while (!expand_frontier(&img, ps, frontier, new_frontier, visited_buf)) {
frontier->first_point = new_frontier->first_point;
frontier->last_point = new_frontier->last_point;
new_frontier->next_shape = frontier;
}
free(visited_buf);
color_from_frontier(&img, new_frontier->first_point);
__main_task_complete:
img = img;
}
free_storage(ps);
char* outfname = argv[2];
fp = fopen(outfname, "w");
if (fp == NULL) {
printf("Error opening file \"%s\"\n", outfname);
return 1;
}
fprintf(fp, "%d %d\n", img.w, img.h);
fprintf(fp, "%s", img.buf);
free(img.buf);
fclose(fp);
return 0;
}
Тестовано на: Arch Linux, GCC 9.1.0, -O3
Цей код приймає введення / виведення у користувальницькому файлі, який я називаю "cppm" (тому що це як стисла версія класичного формату PPM). Сценарій python для перетворення в / з нього знаходиться нижче:
from PIL import Image
BLACK='B'
WHITE='W'
RED ='R'
def image_to_cppm(infname, outfname):
outfile = open(outfname, 'w')
im = Image.open(infname)
w, h = im.width, im.height
outfile.write(f"{w} {h}\n")
for y in range(h):
for x in range(w):
r, g, b, *_ = im.getpixel((x, y))
if r==0 and g==0 and b==0:
outfile.write(BLACK)
elif g==0 and b==0:
outfile.write(RED)
else:
outfile.write(WHITE)
outfile.write("\n")
outfile.close()
im.close()
def cppm_to_image(infname, outfname):
infile = open(infname, 'r')
w, h = infile.readline().split(" ")
w, h = int(w), int(h)
im = Image.new('RGB', (w, h), color=(255, 255, 255))
for y in range(h):
for x in range(w):
c = infile.read(1)
if c==BLACK:
im.putpixel((x,y), (0, 0, 0))
elif c==RED:
im.putpixel((x,y), (255, 0, 0))
infile.close()
im.save(outfname)
im.close()
if __name__ == "__main__":
import sys
if len(sys.argv) < 3:
print("Error: must provide 2 files to convert, first is from, second is to")
infname = sys.argv[1]
outfname = sys.argv[2]
if not infname.endswith("cppm") and outfname.endswith("cppm"):
image_to_cppm(infname, outfname)
elif infname.endswith("cppm") and not outfname.endswith("cppm"):
cppm_to_image(infname, outfname)
else:
print("didn't do anything, exactly one file must end with .cppm")
Пояснення алгоритму
Як працює цей алгоритм, це те, що він починається з пошуку всіх пов'язаних фігур на зображенні, включаючи червоні пікселі. Потім він бере перший і розширює кордон на один піксель за часом, поки він не набуде іншої форми. Потім він забарвлює всі пікселі від дотику до оригінальної форми (використовуючи пов'язаний список, який він робив по шляху, щоб відстежувати). Нарешті, він повторює процес, знаходячи всі створені нові фігури, поки не залишиться лише одна форма.
Галерея зображень
Тестовий зразок 1, 183 пікселів

Тестовий зразок 2, 140 пікселів

Тестовий зразок 3, 244 пікселя

Тестовий зразок 4, 42 пікселі

Тестовий зразок 5, 622 пікселів

Тестовий зразок 6, 1 піксель

Тестовий зразок 7, 104 пікселів

Тестовий зразок 8, 2286 пікселів

Тестовий зразок 9, 22 пікселі

Тестовий зразок 10, 31581 пікселів

Тестовий зразок 11, 21421 пікселів

Тестовий зразок 12, 5465 пікселів

Тестовий зразок 13, 4679 пікселів

Тестовий зразок 14, 7362 пікселів
