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动态规划之基于接缝裁剪的图像压缩
给定一副彩色图像,它由一个mxn的像素数组A[1..m,1..n]构成,每个像素是一个红绿蓝(RGB)亮度的三元组。假定我们希望轻度压缩这幅图像。具体地,我们希望从每一行中删除一个像素,使得图像变窄一个像素。但为了避免影响视觉效果,我们要求相邻两行中删除的像素必须位于同一列或相邻列。也就是说,删除的像素构成从顶端行到底端行的一条“接缝”(seam),相邻像素均在垂直或对角线方向上相邻。
a.证明:可能的接缝数量是m的指数函数,假定n>1.
第一行有n种可能选取像素点方式,第二到m行中每行有2-3种可能选中A[i][j-1],A[i][j],A[i][j+1].(j=1 or j=n时,是2种可能),所以总共有至少大于n*2^(m-1).
b 假定现在对每个像素A[i,j]我们都已计算出一个实型的“破坏度”d[i,j],表示删除像素A[i,j]对图像可视效果的破坏程度。直观地,一个像素的破坏度越低,它与相邻像素的相似度越高。再假定一条接缝的破坏度定义为包含的响度的破坏度之和。设计算法,寻找破坏度最低的接缝。分析算法的时间复杂度。
思考分析:按照要求需要删除的像素是同一列或相邻列。那么就可能删除A[i-1][j-1],A[i-1][j],A[i-1][j+1]之中的任意一个像素点。所以可得递归式:A[i][j]=d[i][j]+min{A[i-1][j-1],A[i-1][j],A[i-1][j+1]}.
代码如下:
#include <iostream> using namespace std; #define n 6//自定义数组行 #define m 5//自定义数组列 void OP_SEQUENCE(int **A,int i,int j);//i行j列; int Min(int **A,int i,int j) { int temp=0; if (j==1) { temp=A[i-1][j]>A[i-1][j+1]?A[i-1][j+1]:A[i-1][j]; } else if (j==m) { temp=A[i-1][j]>A[i-1][j-1]?A[i-1][j-1]:A[i-1][j]; } else { if (A[i-1][j]>A[i-1][j-1]) { temp=A[i-1][j-1]; if (A[i-1][j-1]>A[i-1][j+1]) { temp=A[i-1][j+1]; } } else { temp=A[i-1][j]; if (A[i-1][j]>A[i-1][j+1]) { temp=A[i-1][j+1]; } } } return temp; } void seam_carving(int **d) { int **A,i;//二维数组A表示破坏度之和。 A=new int*[n+1]; for ( i=0;i<=n;i++) { A[i]=new int[m+1]; } for ( i=1;i<=m;i++) { A[1][i]=d[1][i]; } for ( i=2;i<=n;i++) { for (int j=1;j<=m;j++) { A[i][j]=d[i][j]+Min(A,i,j);//递推式 } } int MIN=0x7fffffff,t=0; for (i=1;i<=m;i++) { if(A[n][i]<MIN) { MIN=A[n][i]; t=i; } } cout<<"MIN破坏点之和="<<MIN<<endl; OP_SEQUENCE(A,n,t); for ( i = 0; i <=m; i++) delete[] A[i]; delete[] A; } void OP_SEQUENCE(int **A,int i,int j)//i行j列 {//输出一条接缝 int T; if (i==0)return; else { if (j==n) { T=A[i][j]>A[i][j-1]?j-1:j; } else if (j==1) { T=A[i][j]>A[i][j+1]?j+1:j; } else { if (A[i][j]>A[i][j-1]) { T=j-1; if (A[i][j-1]>A[i][j+1]) { T=j+1; } } else { T=j; if (A[i][j]>A[i][j+1]) { T=j+1; } } } } OP_SEQUENCE(A,i-1,T); cout<<"第"<<i<<"行"<<"第"<<T<<"列像素点->"; } void main() { int **d,i; d=new int*[n+1]; for ( i=0;i<=n;i++) { d[i]=new int[m+1]; } int dd[n+1][m+1]={{0,0,0,0,0,0},{0,3,2,2,3,3},{0,1,2,1,2,1},{0,3,2,1,3,1},{0,2,1,1,2,2},{0,1,2,2,3,3},{0,2,2,2,1,1}}; for ( i=0;i<=n;i++) { for (int j=0;j<=m;j++) { d[i][j]=dd[i][j]; } } seam_carving(d); }
样例输出:
总结:计算上一层最小破坏度时,min函数时间为O(1).计算最小破坏度之和时,seam_carving函数需要O(mn)时间,输出一条接缝时,OP_SEQUENCE函数需要O(n)。总时间为O(mn),这个问题是第三版的新增题,递推式比较简单,程序并不复杂,还是比较容易实现的。