Programovanie (1) v C/C++
1-INF-127, ZS 2024/25

Úvod · Pravidlá · Prednášky · Softvér · Testovač
· Kontaktujte nás pomocou e-mailovej adresy E-prg.png (bude odpovedať ten z nás, kto má príslušnú otázku na starosti alebo kto má práve čas).
· Prosíme študentov, aby si pravidelne čítali e-maily na @uniba.sk adrese alebo aby si tieto emaily preposielali na adresu, ktorú pravidelne čítajú.


Prednáška 18: Rozdiel medzi revíziami

Z Programovanie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
 
(43 medziľahlých úprav od 3 ďalších používateľov nie je zobrazených)
Riadok 1: Riadok 1:
==Rad pomocou spájaného zoznamu==
+
== Oznamy ==
  
Pri implementácii radu pomocou spájaného zoznamu rozšírime spájané zoznamy zo [[Prednáška 14|14. prednášky]] o smerník <tt>last</tt> na posledný prvok zoznamu. Bude tak možné jednoducho vkladať prvky na koniec zoznamu, ako aj odoberať prvky zo začiatku zoznamu.
+
Budúci utorok bude na cvičeniach rozcvička na papieri.
 +
* Bude pokrývať učivo po prednášku 17.
 +
* Dôležitý tréning na semestrálny test.
  
Výhodou oproti implementácii radu pomocou poľa bude, podobne ako pri zásobníkoch, eliminácia obmedzenia na maximálny počet prvkov v rade.
+
Blíži sa '''semestrálny test'''.
 +
* Bude sa konať v stredu '''11.12. o 18:10''' v posluchárňach F1 a F2 v trvaní 90 minút.
 +
* Viac informácií na stránke [[Zimný semester, semestrálny test]].
  
<syntaxhighlight lang="C++">
+
Od pondelka 2.12. 19:00 sa môžete hlásiť na termín skúšky pri počítači.
#include <cassert>
+
* Ak vidíte konflikt niektorého termínu s hromadnou skúškou alebo písomkou z iného predmetu, dajte nám vedieť čím skôr.
 
+
* Kapacita termínov bude obmedzená, prihláste sa teda radšej skôr, neskôr to môžete zmeniť.
// ...
+
* Prihlásiť a odhlásiť sa dá najviac deň vopred.
 
+
* Skúšku 20.12. môžete robiť iba ak spravíte test 11.12. aspoň na 50% bodov.
struct node {
+
* Decembrový termín odporúčame hlavne študentom, ktorým programovanie nerobí problémy.
    dataType data;
+
* Viac informácií o skúške na prednáške v stredu 11.12.
    node *next;
 
};
 
 
 
struct queue {
 
    node *first; // Smernik na prvy prvok radu (spajaneho zoznamu). Ak je rad prazdny, ma hodnotu NULL.
 
    node *last;  // Smernik na posledny prvok radu (spajaneho zoznamu). Ak je rad prazdny, ma hodnotu NULL.
 
};
 
 
 
/* Inicializuje prazdny rad */
 
void init(queue &q) {
 
    q.first = NULL;
 
    q.last = NULL;
 
}
 
  
/* Zisti, ci je rad prazdny */
+
== Opakovanie: zásobník a rad ==
bool isEmpty(queue &q) {
+
* '''Zásobník''' (angl. '''stack''') a '''rad''' alebo '''front''' (angl. '''queue''') sú abstraktné dátové typy, ktoré udržiavajú postupnosť nejakých prvkov.
    return q.first == NULL;
+
* Obidva typy podporujú vloženie prvku a výber prvky
}
+
* Zo zásobníka sa vyberá prvok, ktorý v ňom pobudol najkratšie, z radu prvok, ktorý v ňom bol najdlhšie
 +
* Zásobník tak pripomína stĺpec čistých tanierov v reštaurácii, rad pripomína rad pri pokladni
  
/* Prida prvok item na koniec radu */
+
Konkrétne funkcie hlavičky funkcií
void enqueue(queue &q, dataType item) {
 
    node *tmp = new node;
 
    tmp->data = item;
 
    tmp->next = NULL;
 
    if (isEmpty(q)) {
 
        q.first = tmp;
 
        q.last = tmp;
 
    } else {
 
        q.last->next = tmp;
 
        q.last = tmp;
 
    }
 
}
 
 
 
/* Odoberie prvok zo zaciatku radu a vrati jeho hodnotu */
 
dataType dequeue(queue &q) {
 
    assert(!isEmpty(q));
 
    dataType result = q.first->data;
 
    node *tmp = q.first->next;
 
    delete q.first;
 
    if (tmp == NULL) {
 
        q.first = NULL;
 
        q.last = NULL;
 
    } else {
 
        q.first = tmp;
 
    }
 
    return result;
 
}
 
 
 
/* Vrati prvok zo zaciatku radu, ale necha ho v rade */
 
dataType peek(queue &q) {
 
    assert(!isEmpty(q));
 
    return q.first->data;
 
}       
 
 
 
/* Uvolni pamat */
 
void destroy(queue &q) {
 
    while (!isEmpty(q)) {
 
        dequeue(q);
 
    }
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
 
 
== Použitie zásobníka a radu ==
 
Zásobník aj rad často uchovávajú dáta určené na spracovanie, zoznamy úloh, atď. Rad sa zvyčajne používa v prípadoch, keď je žiadúce zachovať ich poradie. Typicky môže ísť o situácie, keď jeden proces generuje úlohy spracúvané iným procesom, napríklad:
 
* Textový procesor pripravuje strany na tlač a vkladá ich do radu, z ktorého ich tlačiareň (resp. jej ovládač) postupne vyberá.
 
* Sekvenčne vykonávané výpočtové úlohy čakajú v rade na spustenie.
 
* Zákazníci čakajú na zákazníckej linke na voľného operátora.
 
* Pasažieri na standby čakajú na voľné miesto v lietadle.
 
 
 
Zásobník sa, ako o niečo implementačne jednoduchší koncept, zvyčajne používa v situáciách, keď na poradí spracúvania nezáleží, alebo keď je žiadúce vstupné poradie obrátiť. Najvýznamnejší príklad situácie druhého typu je nasledujúci:
 
* Operačný systém ukladá lokálne premenné volaných funkcií na tzv. ''zásobníku volaní'' (angl. ''call stack''), čo umožňuje používanie rekurzie.
 
* Rekurzívne programy sa dajú prepísať na nerekurzívne pomocou &bdquo;ručne vytvoreného&rdquo; zásobníka (nižšie si napríklad ukážeme nerekurzívnu verziu triedenia ''Quick Sort'').
 
 
 
=== Príklad: kontrola uzátvorkovania ===
 
 
 
Ako jednoduchý príklad na použitie zásobníka uvažujme nasledujúcu situáciu: na vstupe je daný reťazec pozostávajúci (okrem prípadných ďalších znakov, ktoré možno ignorovať) zo zátvoriek <tt>(,),[,],{,}</tt>. Úlohou je zistiť, či je tento reťazec dobre uzátvorkovaný. To znamená, že:
 
* Pre každú uzatváraciu zátvorku musí byť posledná dosiaľ neuzavretá otváracia zátvorka rovnakého typu, pričom musí existovať aspoň jedna dosiaľ neuzavretá zátvorka.
 
* Každá otváracia zátvorka musí byť niekedy neskôr uzavretá.
 
 
 
Príklady očakávaného vstupu a výstupu:
 
 
<pre>
 
<pre>
()
+
void init(stack &s);
Retazec je dobre uzatvorkovany
+
bool isEmpty(stack &s);
 
+
void push(stack &s, dataType item); // vlozenie prvku
nejaky text bez zatvoriek
+
dataType pop(stack &s);    // vyber prvku
Retazec je dobre uzatvorkovany
+
dataType peek(stack &s);
 
+
void destroy(stack &s);
[((({}[])[]))]()
 
Retazec je dobre uzatvorkovany
 
 
 
[[#))
 
Retazec nie je dobre uzatvorkovany
 
 
 
())(
 
Retazec nie je dobre uzatvorkovany
 
 
 
((
 
Retazec nie je dobre uzatvorkovany
 
  
((cokolvek
+
void init(queue &q);
Retazec nie je dobre uzatvorkovany
+
bool isEmpty(queue &q);
 +
void enqueue(queue &q, dataType item); // vlozenie prvku
 +
dataType dequeue(queue &q);  // vyber prvku
 +
dataType peek(queue &q);
 +
void destroy(queue &q);
 
</pre>
 
</pre>
  
Túto úlohu rieši nasledujúci program, ktorý postupne prechádza cez vstupný reťazec, pričom pre každú otváraciu zátvorku si na zásobník pridá uzatváraciu zátvorku rovnakého typu. Ak narazí na uzatváraciu zátvorku, výraz môže byť dobre uzátvorkovaný len v prípade, že je na zásobníku aspoň jedna zátvorka, pričom zátvorka na vrchu zásobníka sa zhoduje so zátvorkou na vstupe. V prípade úspešného prechodu cez celý vstup je reťazec dobre uzátvorkovaný práve vtedy, keď na zásobníku nezostala žiadna zátvorka.
+
* Pre obidva typy sme videli implementáciu v poli aj v spájanom zozname
 +
* Hlavné funkcie vkladania a vyberania sú v obidvoch implementáciách rýchle a jednoduché
  
<syntaxhighlight lang="C++">
+
Videli sme tiež, že obidve štruktúry sa dajú použiť na ukladanie dát alebo úloh, ktoré ešte treba vyriešiť
#include <iostream>
+
* Dnes uvidíme ďalšie príklady
#include <cassert>
 
using namespace std;
 
  
typedef char dataType;
 
  
/* Sem pride definicia struktury stack a vsetkych potrebnych funkcii. */
+
== Použitie zásobníka a radu: nerekurzívny Quick Sort ==
  
int main(void) {
+
Pripomeňme si triedenie Quick Sort z [[Prednáška 11#Quick_Sort|11. prednášky]]:
    char vyraz[100];
 
    cin.getline(vyraz, 100);
 
   
 
    stack s;
 
    init(s);
 
   
 
    bool dobre = true;
 
   
 
    for (int i = 0; vyraz[i] != 0; i++) {
 
        switch (vyraz[i]) {
 
            case '(':
 
                push(s, ')');
 
                break;
 
            case '[':
 
                push(s, ']');
 
                break;
 
            case '{':
 
                push(s, '}');
 
                break;
 
            case ')':
 
            case ']':
 
            case '}':
 
                if (isEmpty(s)) {
 
                    dobre = false;
 
                } else {
 
                    char c = pop(s);
 
                    if (c != vyraz[i]) {
 
                        dobre = false;
 
                    }
 
                }
 
                break;
 
        }
 
    }
 
   
 
    dobre = dobre && isEmpty(s);
 
       
 
    destroy(s);
 
   
 
    if (dobre) {
 
        cout << "Retazec je dobre uzatvorkovany." << endl;
 
    } else {
 
        cout << "Retazec nie je dobre uzatvorkovany." << endl;
 
    }
 
   
 
    return 0;
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
 
 
''Cvičenie:'' Prepíšte program na kontrolu zátvoriek do rekurzívnej podoby. Použite pritom iba premenné typu <tt>char</tt>; špeciálne nepoužívajte žiadne polia. Reťazec načítavajte pomocou funkcií <tt>getc</tt> a <tt>ungetc</tt>. Môžete predpokladať, že je ukončený koncom riadku.
 
 
 
=== Príklad: nerekurzívny ''Quick Sort'' ===
 
 
 
Pripomeňme si triedenie ''Quick Sort'' z [[Prednáška 11|11. prednášky]]:
 
  
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
Riadok 188: Riadok 58:
 
}
 
}
  
int partition(int a[], int low, int high) {
+
int partition(int a[], int left, int right) {
     int pivot = a[low];
+
     int pivot = a[left];    
     int lastSmaller = low;
+
     int lastSmaller = left;
 
      
 
      
     for (int unknown = low + 1; unknown <= high; unknown++) {
+
     for (int unknown = left + 1; unknown <= right; unknown++) {
 
         if (a[unknown] < pivot) {
 
         if (a[unknown] < pivot) {
 
             lastSmaller++;
 
             lastSmaller++;
Riadok 198: Riadok 68:
 
         }
 
         }
 
     }   
 
     }   
     swap(a[low],a[lastSmaller]);  
+
     swap(a[left],a[lastSmaller]);  
 
     return lastSmaller;
 
     return lastSmaller;
 
}
 
}
  
void quicksort(int a[], int low, int high) {
+
void quicksort(int a[], int left, int right) {
     if (low >= high) {
+
     if (left >= right) {
         return;
+
         return;  
 
     }
 
     }
 
      
 
      
     int mid = partition(a, low, high);
+
     int middle = partition(a, left, right);
 
          
 
          
     quicksort(a, low, mid-1);
+
     quicksort(a, left, middle-1);
     quicksort(a, mid+1, high);   
+
     quicksort(a, middle+1, right);   
 
}
 
}
  
int main(void) {
+
int main() {
 
   // ...
 
   // ...
 
   quicksort(a, 0, N-1);
 
   quicksort(a, 0, N-1);
Riadok 224: Riadok 94:
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
struct usek {
 
struct usek {
     int low;
+
     int left;
     int high;
+
     int right;
 
};
 
};
  
Riadok 239: Riadok 109:
 
      
 
      
 
     usek u;
 
     usek u;
     u.low = 0;
+
     u.left = 0;
     u.high = n-1;
+
     u.right = n-1;
 
     push(s,u);
 
     push(s,u);
 
      
 
      
 
     while (!isEmpty(s)) {
 
     while (!isEmpty(s)) {
 
         u = pop(s);
 
         u = pop(s);
         if (u.low >= u.high) {
+
        // vynechame useky dlzky 0 a 1
 +
         if (u.left >= u.right) {
 
             continue;
 
             continue;
 
         }
 
         }
 
          
 
          
         int mid = partition(a, u.low, u.high);
+
         int middle = partition(a, u.left, u.right);
 
          
 
          
 
         usek u1;
 
         usek u1;
         u1.low = u.low;
+
         u1.left = u.left;
         u1.high = mid-1;
+
         u1.right = middle - 1;
 
         usek u2;
 
         usek u2;
         u2.low = mid+1;
+
         u2.left = middle + 1;
         u2.high = u.high;
+
         u2.right = u.right;
 
         push(s,u2);
 
         push(s,u2);
 
         push(s,u1);
 
         push(s,u1);
Riadok 264: Riadok 135:
 
}
 
}
  
int main(void) {
+
int main() {
 
   // ...
 
   // ...
 
   quicksort(a, N);
 
   quicksort(a, N);
Riadok 271: Riadok 142:
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
Tento program triedi úseky v rovnakom poradí, ako rekurzívny Quicksort, lebo po rozdelení poľa na dve časti dá na vrch zásobníka úsek zodpovedajúci jeho ľavej časti. Až keď sa táto ľavá časť a všetky podúlohy, ktoré z nej vzniknú, spracuje, dôjde na spracovanie pravej časti poľa. Pri triedení ''Quick Sort'' však na tomto poradí nezáleží, takže by sme mohli jednotlivé úseky vkladať na zásobník aj v opačnom poradí.
+
* Tento program triedi úseky v rovnakom poradí, ako rekurzívny Quick Sort, lebo po rozdelení poľa na dve časti dá na vrch zásobníka úsek zodpovedajúci jeho ľavej časti. Až keď sa táto ľavá časť a všetky podúlohy, ktoré z nej vzniknú, spracuje, dôjde na spracovanie pravej časti poľa.
<!--* Alebo by sme namiesto zásobníka mohli použiť rad. Potom by najskôr rozdelil ľavú aj pravú časť na ďalšie podčasti a potom by delil každú z týchto podčastí atď-->
+
* Pri triedení Quick Sort však na tomto poradí nezáleží, takže by sme mohli jednotlivé úseky vkladať na zásobník aj v opačnom poradí.
 +
* Alebo by sme namiesto zásobníka mohli použiť rad. Potom by najskôr rozdelil ľavú aj pravú časť na ďalšie podčasti a potom by delil každú z týchto podčastí atď.
  
''Na zamyslenie'': ako by mohla vyzerať nerekurzívna verzia triedenia ''Merge Sort''? Prečo sa nedá použiť rovnaký prístup ako pri triedení ''Quick Sort''?
+
'''Na zamyslenie:''' ako by mohla vyzerať nerekurzívna verzia triedenia [[Prednáška_11#Triedenie_zlu.C4.8Dovan.C3.ADm_.28Merge_Sort.29|Merge Sort]]? Prečo sa nedá použiť rovnaký prístup ako pri triedení Quick Sort?
  
 
==Vyfarbovanie súvislých oblastí==
 
==Vyfarbovanie súvislých oblastí==
  
Uvažujme obrazec daný obdĺžnikovou maticou o <tt>m</tt> riadkoch a <tt>n</tt> stĺpcoch. Obdĺžnikové plátno je v takom prípade rozdelené na <tt>m</tt> krát <tt>n</tt> &bdquo;štvorčekov&rdquo; určitej konštantnej veľkosti, pričom jednotlivé prvky matice zodpovedajú farbám jednotlivých týchto štvorčekov. V našom jednoduchom príklade budeme pracovať iba s piatimi farbami, ktoré budeme reprezentovať číslami <tt>0,..,4</tt> podľa nasledujúceho poľa (napríklad číslo <tt>0</tt> teda reprezentuje bielu farbu):
+
* Uvažujme obrázok pozostávajúci z <tt>m</tt> krát <tt>n</tt> štvorčekov (pixelov).  
 +
* Farbu každého pixelu zapíšeme do jedného políčka dvojrozmerného poľa s <tt>m</tt> riadkami a <tt>n</tt> stĺpcami.  
 +
* V našom jednoduchom príklade budeme pracovať iba s piatimi farbami, ktoré budeme reprezentovať číslami <tt>0,...,4</tt> podľa nasledujúceho poľa (napríklad číslo <tt>0</tt> teda reprezentuje bielu farbu):
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
const char *farby[5] = {"white", "blue", "black", "yellow", "red"};  
 
const char *farby[5] = {"white", "blue", "black", "yellow", "red"};  
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
Napríklad obrazec
+
Napríklad obrázok
  
 
[[Súbor:Matica1.png|400px]]
 
[[Súbor:Matica1.png|400px]]
Riadok 303: Riadok 177:
 
</pre>
 
</pre>
  
Zameriame sa teraz na nasledujúci problém: používateľ zvolí (zadá na konzolu) súradnice niektorého &bdquo;štvorčeka&rdquo; a cieľom je ofarbiť nejakou farbou (napríklad červenou) celú súvislú oblasť rovnakej farby obsahujúcu daný štvorček. Napríklad pre obrazec vyššie a vstupné súradnice <tt>(2,1)</tt> &ndash; to znamená pre &bdquo;štvorček&rdquo; v treťom riadku a druhom stĺpci, keďže matica sa bude indexovať od nuly &ndash; by mal byť výstupom nasledujúci obrazec:   
+
Zameriame sa teraz na nasledujúci problém: používateľ zvolí (zadá na konzolu) súradnice niektorého štvorčeka a cieľom je ofarbiť nejakou farbou (napríklad červenou) celú súvislú oblasť rovnakej farby obsahujúcu daný štvorček. Napríklad pre obrazec vyššie a vstupné súradnice <tt>(2,1)</tt> (teda štvorček v treťom riadku a druhom stĺpci, keďže matica sa bude indexovať od nuly) by mal byť výstupom nasledujúci obrazec:   
  
 
[[Súbor:Matica2.png|400px]]
 
[[Súbor:Matica2.png|400px]]
  
Podobný problém je napríklad často potrebné riešiť v rôznych nástrojoch na prácu s grafikou (kde sa namiesto &bdquo;štvorčekov&rdquo; ofarbujú pixely) a podobne.
+
Podobný problém je napríklad často potrebné riešiť v rôznych nástrojoch na prácu s grafikou a podobne.
 +
 
 +
* Jednoduché útvary, napr. obdĺžnik, by sa dali vyfarbiť jednoduchými cyklami, naša súvislá oblasť ale môže mať veľmi zložitý tvar, s mnohými zákrutami, vetveniami a dierami a podobne.
 +
* Pre každé políčko, ktoré prefarbíme, nesmieme zabudnúť skontrolovať všetkých jeho susedov a ak majú rovnakú farbu ako malo pôvodné políčko, tak prefarbiť aj ich, ich susedov, susedov ich susedov atď.
 +
* Toto vieme ľahko zapísať rekurzívne: zafarbíme jedno políčko a potom rekurzívne zafarbujeme celú dosiahnuteľnú oblasť pre každého suseda rovnakej farby, akú malo pôvodne prefarbené políčko.
 +
* Táto podúloha je menšia, lebo aspoň jedno políčko z nej ubudlo prvým prefarbením.
 +
 
 +
===Vyfarbovanie pomocou rekurzívnej funkcie===
 +
 
 +
Nasledujúca rekurzívna funkcia <tt>vyfarbi</tt> prefarbí políčko so súradnicami <tt>(riadok, stlpec)</tt> na cieľovú farbu <tt>farba</tt> a následne sa rekurzívne zavolá pre všetkých susedov tohto políčka, ktoré sú zafarbené pôvodnou farbou prefarbovanej oblasti.
 +
 
 +
<syntaxhighlight lang="C++">
 +
/* Prefarbi súvislú jednofarebnú oblasť obsahujúcu
 +
* pozíciu (riadok,stlpec) na farbu s číslom farba. */
 +
void vyfarbi(int **a, int m, int n,
 +
            int riadok, int stlpec, int farba) {
 +
    int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 +
    if (staraFarba == farba) {
 +
        return;
 +
    }
 +
    a[riadok][stlpec] = farba;
 +
    if (riadok - 1 >= 0
 +
        && a[riadok - 1][stlpec] == staraFarba) {
 +
        vyfarbi(a, m, n, riadok - 1, stlpec, farba);
 +
    }
 +
    if (riadok + 1 < m
 +
        && a[riadok + 1][stlpec] == staraFarba) {
 +
        vyfarbi(a, m, n, riadok + 1, stlpec, farba);
 +
    }
 +
    if (stlpec - 1 >= 0
 +
        && a[riadok][stlpec - 1] == staraFarba) {
 +
        vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec - 1, farba);
 +
    }
 +
    if (stlpec + 1 < n
 +
        && a[riadok][stlpec + 1] == staraFarba) {
 +
        vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec + 1, farba);
 +
    }
 +
}
 +
</syntaxhighlight>
  
===Základ programu===
+
Proces vyfarbovania môžeme animovať pomocou našej knižnice SVGdraw
 +
* [[:Media:Animacia1.svg|Výsledná animácia]]
  
Funkciu na vyfarbovanie súvislých oblastí budeme dorábať do nasledujúcej kostry programu, ktorá obsahuje funkcie na inicializáciu matice, jej načítanie zo súboru, vykresľovanie jednotlivých štvorčekov a celej matice, ako aj uvoľnenie pamäte. Všetky tieto funkcie pracujú podobne ako pri príklade s výškovou mapou z [[Prednáška 13|prednášky č. 13]]. Nasledujúca kostra tiež obsahuje funkciu <tt>main</tt>, ktorá načíta maticu zo súboru <tt>vstup.txt</tt> a následne zatiaľ len vykreslí ňou reprezentovaný obrazec do súboru <tt>matica.svg</tt>.
+
V animácii okrem zmeny farby štvorčeka meníme aj farbu jeho rámčeka: pri zavolaní rekurzie sa zmení na hnedú a po skončení spracovania štvorčeka aj jeho susedov sa zmení na sivú. Hnedé sú teda vždy rámčeky štvorčekov uložené na zásobníku volaní.
 +
 
 +
===Program s animáciou===
 +
 
 +
* Program na vyfarbovanie súvislých oblastí obsahuje funkcie na inicializáciu matice, jej načítanie zo súboru, vykresľovanie jednotlivých štvorčekov a celej matice, ako aj uvoľnenie pamäte. Všetky tieto funkcie pracujú podobne ako pri príklade s výškovou mapou z [[Prednáška 13|prednášky 13]].  
 +
* Funkcia <tt>main</tt> načíta maticu zo súboru <tt>vstup.txt</tt> a animáciu uloží do súboru <tt>matica.svg</tt>.
 +
* Do rekurzívnej funkcie pridáme volania funkcie <tt>vykresliStvorcek</tt>, ktoré aktuálny štvorček v obrázku prekreslia novou farbou a menia aj farbu rámčeka. Za ňou vždy zavoláme funkciu <tt>drawing.wait</tt>, ktorá animáciu pozdrží, aby sme zmeny stihli na obrázku sledovať.  
  
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
Riadok 322: Riadok 241:
 
const int stvorcek = 40;    // velkost stvorceka v pixeloch
 
const int stvorcek = 40;    // velkost stvorceka v pixeloch
 
const int hrubkaCiary = 2;  // hrubka ciary v pixeloch
 
const int hrubkaCiary = 2;  // hrubka ciary v pixeloch
 +
const double pauza = 0.3;  // pauza po kazdom kroku vyfarbovania v sekundach
  
 
/* Vytvori maticu s n riadkami a m stlpcami. */
 
/* Vytvori maticu s n riadkami a m stlpcami. */
Riadok 327: Riadok 247:
 
     int **a;
 
     int **a;
 
     a = new int *[m];
 
     a = new int *[m];
     for (int i = 0; i <= m - 1; i++) {
+
     for (int i = 0; i < m; i++) {
 
         a[i] = new int[n];
 
         a[i] = new int[n];
 
     }
 
     }
Riadok 334: Riadok 254:
  
 
/* Uvolni pamat matice a s n riadkami a m stlpcami. */
 
/* Uvolni pamat matice a s n riadkami a m stlpcami. */
void zmazMaticu(int m, int n, int **a) {
+
void zmazMaticu(int **a, int m) {
     for (int i = 0; i <= m - 1; i++) {
+
     for (int i = 0; i < m; i++) {
 
         delete[] a[i];
 
         delete[] a[i];
 
     }
 
     }
Riadok 341: Riadok 261:
 
}
 
}
  
/* Vykresli stvorcek v riadku i a stlpci j s farbou vyplne farba a farbou ciary farbaCiary. */
+
/* Vykresli stvorcek v riadku i a stlpci j  
void vykresliStvorcek(int i, int j, const char *farba, const char *farbaCiary, SVGdraw &drawing) {
+
  s farbou vyplne farba a farbou ciary farbaCiary. */
 +
void vykresliStvorcek(int i, int j,  
 +
                      const char * farba,  
 +
                      const char * farbaCiary,  
 +
                      SVGdraw &drawing) {
 
     drawing.setLineColor(farbaCiary);
 
     drawing.setLineColor(farbaCiary);
 
     drawing.setLineWidth(hrubkaCiary);
 
     drawing.setLineWidth(hrubkaCiary);
 
     drawing.setFillColor(farba);
 
     drawing.setFillColor(farba);
     drawing.drawRectangle(j * stvorcek, i * stvorcek, stvorcek, stvorcek);
+
     drawing.drawRectangle(j * stvorcek, i * stvorcek,  
 +
                          stvorcek, stvorcek);
 
}
 
}
  
 
/* Vykresli maticu a s n riadkami a m stlpcami. */
 
/* Vykresli maticu a s n riadkami a m stlpcami. */
void vykresliMaticu(int m, int n, int **a, SVGdraw &drawing) {
+
void vykresliMaticu(int **a, int m, int n, SVGdraw &drawing) {
     for (int i = 0; i <= m - 1; i++) {
+
     for (int i = 0; i < m; i++) {
         for (int j = 0; j <= n - 1; j++) {
+
         for (int j = 0; j < n; j++) {
 
             vykresliStvorcek(i, j, farby[a[i][j]], "lightgray", drawing);
 
             vykresliStvorcek(i, j, farby[a[i][j]], "lightgray", drawing);
 
         }
 
         }
Riadok 358: Riadok 283:
 
}
 
}
  
/* Nacita z textoveho suboru, na ktory ukazuje fr, prvky matice a s n riadkami a m stlpcami. */
+
/* Nacita z textoveho suboru, na ktory ukazuje fr,  
void nacitajMaticu(FILE *fr, int m, int n, int **a) {
+
  prvky matice a s n riadkami a m stlpcami. */
 +
void nacitajMaticu(FILE *fr, int **a, int m, int n) {
 
     assert(fr != NULL);
 
     assert(fr != NULL);
     for (int i = 0; i <= m - 1; i++) {
+
     for (int i = 0; i < m; i++) {
         for (int j = 0; j <= n - 1; j++) {
+
         for (int j = 0; j < n; j++) {
 
             fscanf(fr, "%d", &a[i][j]);
 
             fscanf(fr, "%d", &a[i][j]);
 
         }
 
         }
Riadok 368: Riadok 294:
 
}
 
}
  
int main(void) {
+
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu  
    FILE *fr = fopen("vstup.txt", "r");
+
* poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */
    assert(fr != NULL);
+
void vyfarbi(int **a, int m, int n,  
    int m, n;
+
            int riadok, int stlpec, int farba,
    fscanf(fr, "%d", &m);              // nacitaj rozmery matice
+
            SVGdraw &drawing) {
    fscanf(fr, "%d", &n);
 
    int **a = vytvorMaticu(m, n);
 
    nacitajMaticu(fr, m, n, a);        // nacitaj jednotlive prvky matice
 
    fclose(fr);
 
       
 
    SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "matica.svg");
 
    vykresliMaticu(m, n, a, drawing);
 
 
 
    drawing.finish();
 
    zmazMaticu(m, n, a);
 
   
 
    return 0;
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
 
 
===Rekurzívne vyfarbovanie===
 
 
 
Vyfarbovanie súvislých oblastí potom môžeme realizovať napríklad nasledujúcou rekurzívnou funkciou <tt>vyfarbi</tt>, ktorá vždy na cieľovú farbu <tt>farba</tt> prefarbí políčko so súradnicami <tt>(riadok, stlpec)</tt> a následne sa rekurzívne zavolá pre všetkých susedov tohto políčka, ktoré sú zafarbené pôvodnou farbou prefarbovanej oblasti.
 
 
 
Za každým vyfarbením &bdquo;štvorčeka&rdquo; navyše voláme funkciu <tt>drawing.wait</tt> s parametrom <tt>pauza</tt>, čo je konštanta, ktorú na úvod nastavíme na 0,3 sekundy. Výsledný SVG súbor tak bude obsahovať animáciu postupného vyfarbovania jednotlivých políčok. Farbou &bdquo;rámika&rdquo; okolo políčka budeme navyše rozlišovať, či už bolo dané políčko úplne spracované (t. j. či sa už ukončilo rekurzívne volanie funkcie <tt>vyfarbi</tt> pre toto políčko).
 
 
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
const double pauza = 0.3;  // pauza po kazdom kroku vysvetlovania v sekundach
 
 
 
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */
 
void vyfarbi(int m, int n, int **a, int riadok, int stlpec, int farba, SVGdraw &drawing) {
 
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     if (staraFarba == farba) {
 
     if (staraFarba == farba) {
Riadok 404: Riadok 304:
 
     }
 
     }
 
     a[riadok][stlpec] = farba;
 
     a[riadok][stlpec] = farba;
     vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba], "brown", drawing);
+
     vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],  
 +
                    "brown", drawing);
 
     drawing.wait(pauza);
 
     drawing.wait(pauza);
 
     if (riadok - 1 >= 0 && a[riadok - 1][stlpec] == staraFarba) {
 
     if (riadok - 1 >= 0 && a[riadok - 1][stlpec] == staraFarba) {
         vyfarbi(m, n, a, riadok - 1, stlpec, farba, drawing);
+
         vyfarbi(a, m, n, riadok - 1, stlpec, farba, drawing);
 
     }
 
     }
     if (riadok + 1 <= m - 1 && a[riadok + 1][stlpec] == staraFarba) {
+
     if (riadok + 1 < m && a[riadok + 1][stlpec] == staraFarba) {
         vyfarbi(m, n, a, riadok + 1, stlpec, farba, drawing);
+
         vyfarbi(a, m, n, riadok + 1, stlpec, farba, drawing);
 
     }
 
     }
 
     if (stlpec - 1 >= 0 && a[riadok][stlpec - 1] == staraFarba) {
 
     if (stlpec - 1 >= 0 && a[riadok][stlpec - 1] == staraFarba) {
         vyfarbi(m, n, a, riadok, stlpec - 1, farba, drawing);
+
         vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec - 1, farba, drawing);
 
     }
 
     }
     if (stlpec + 1 <= n - 1 && a[riadok][stlpec + 1] == staraFarba) {
+
     if (stlpec + 1 < n && a[riadok][stlpec + 1] == staraFarba) {
         vyfarbi(m, n, a, riadok, stlpec + 1, farba, drawing);
+
         vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec + 1, farba, drawing);
 
     }
 
     }
     vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba], "lightgray", drawing);
+
     vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],  
 +
                    "lightgray", drawing);
 
     drawing.wait(pauza);
 
     drawing.wait(pauza);
 
}  
 
}  
</syntaxhighlight>
 
  
Funkcia <tt>main</tt> potom môže vyzerať napríklad nasledovne:
+
int main() {
<syntaxhighlight lang="C++">
 
int main(void) {
 
 
     FILE *fr = fopen("vstup.txt", "r");
 
     FILE *fr = fopen("vstup.txt", "r");
 
     assert(fr != NULL);
 
     assert(fr != NULL);
 +
 +
    // nacitanie rozmerov matice
 
     int m, n;
 
     int m, n;
     fscanf(fr, "%d", &m);               // nacitaj rozmery matice
+
     fscanf(fr, "%d %d", &m, &n);
    fscanf(fr, "%d", &n);
+
    // vytvorenie matice a nacitanie jej prvkov 
 
     int **a = vytvorMaticu(m, n);
 
     int **a = vytvorMaticu(m, n);
     nacitajMaticu(fr, m, n, a);        // nacitaj jednotlive prvky matice
+
     nacitajMaticu(fr, a, m, n);         
 
     fclose(fr);
 
     fclose(fr);
 
          
 
          
 
     SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "matica.svg");
 
     SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "matica.svg");
     vykresliMaticu(m, n, a, drawing);
+
     vykresliMaticu(a, m, n, drawing);
  
 +
    // nacitanie suradnic pociatocneho stvorceka
 
     int riadok, stlpec;
 
     int riadok, stlpec;
 
     scanf("%d", &riadok);
 
     scanf("%d", &riadok);
 
     scanf("%d", &stlpec);
 
     scanf("%d", &stlpec);
  
     vyfarbi(m, n, a, riadok, stlpec, 4, drawing);
+
     vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec, 4, drawing);
  
 
     drawing.finish();
 
     drawing.finish();
     zmazMaticu(m, n, a);
+
     zmazMaticu(a, m);
   
 
    return 0;
 
 
}
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
* [[:Image:Animacia1.svg|Výsledná animácia]]
+
==Počítanie ostrovov==
 
+
Obrázok, s ktorým sme pracovali vyššie, môže reprezentovať napríklad jednoduchú mapu súostrovia, kde more je znázornené modrou farbou a pevnina je znázornená žltou farbou. Úlohou môže byť zistiť počet ostrovov. Ten môžeme zistiť napríklad takto:
===Počítanie ostrovov===
 
Obrazec, s ktorým sme pracovali vyššie, môže reprezentovať napríklad jednoduchú mapu súostrovia, kde more je znázornené modrou farbou a pevnina je znázornená žltou farbou. Úlohou môže byť zistiť počet ostrovov. Ten môžeme zistiť napríklad takto:
 
 
* Prechádzame postupne všetky políčka mapy.
 
* Prechádzame postupne všetky políčka mapy.
 
* Ak narazíme na pevninu (t. j. žlté políčko), zvýšime doposiaľ nájdený počet ostrovov o 1 a ofarbíme celý ostrov (napríklad) na červeno.
 
* Ak narazíme na pevninu (t. j. žlté políčko), zvýšime doposiaľ nájdený počet ostrovov o 1 a ofarbíme celý ostrov (napríklad) na červeno.
Riadok 460: Riadok 358:
 
* Toto robíme, až kým prejdeme cez všetky políčka mapy.   
 
* Toto robíme, až kým prejdeme cez všetky políčka mapy.   
  
''Príklad'' mapy a jej zobrazenie pred začiatkom hľadania ostrovov, po nájdení prvých troch ostrovov a po nájdení všetkých ostrovov:
+
Príklad mapy a jej zobrazenie pred začiatkom hľadania ostrovov, po nájdení prvých troch ostrovov a po nájdení všetkých ostrovov:
 
<pre>
 
<pre>
 
11 17
 
11 17
Riadok 481: Riadok 379:
 
</gallery>
 
</gallery>
  
Do programu z vyššia teda dorobíme funkciu  
+
Do programu vyššie teda dorobíme funkciu  
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
int najdiOstrovy(int m, int n, int **a, SVGdraw &drawing) {
+
int najdiOstrovy(int **a, int m, int n, SVGdraw &drawing) {
 
     int ostrovov = 0;
 
     int ostrovov = 0;
     for (int i = 0; i <= m - 1; i++) {
+
     for (int i = 0; i < m; i++) {
         for (int j = 0; j <= n - 1; j++) {
+
         for (int j = 0; j < n; j++) {
 
             if (a[i][j] == 3) {
 
             if (a[i][j] == 3) {
 
                 ostrovov++;
 
                 ostrovov++;
                 vyfarbi(m, n, a, i, j, 4, drawing);
+
                 vyfarbi(a, m, n, i, j, 4, drawing);
 
             }
 
             }
 
         }
 
         }
Riadok 499: Riadok 397:
 
a funkciu <tt>main</tt> môžeme zmeniť napríklad takto:
 
a funkciu <tt>main</tt> môžeme zmeniť napríklad takto:
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
int main(void) {
+
int main() {
 
     FILE *fr = fopen("ostrovy.txt", "r");
 
     FILE *fr = fopen("ostrovy.txt", "r");
 
     assert(fr != NULL);
 
     assert(fr != NULL);
 
     int m, n;
 
     int m, n;
     fscanf(fr, "%d", &m);
+
     fscanf(fr, "%d %d", &m, &n);
    fscanf(fr, "%d", &n);
 
 
     int **a = vytvorMaticu(m, n);
 
     int **a = vytvorMaticu(m, n);
     nacitajMaticu(fr, m, n, a);
+
     nacitajMaticu(fr, a, m, n);
 
     fclose(fr);
 
     fclose(fr);
 
          
 
          
 
     SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "mapa.svg");
 
     SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "mapa.svg");
     vykresliMaticu(m, n, a, drawing);
+
     vykresliMaticu(a, m, n, drawing);
  
     int pocetOstrovov = najdiOstrovy(m, n, a, drawing);
+
     int pocetOstrovov = najdiOstrovy(a, m, n, drawing);
 
     printf("Pocet ostrovov je %d.\n", pocetOstrovov);
 
     printf("Pocet ostrovov je %d.\n", pocetOstrovov);
  
 
     drawing.finish();
 
     drawing.finish();
     zmazMaticu(m, n, a);
+
     zmazMaticu(a, m);
   
 
    return 0;
 
 
}
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
* [[:Image:Animacia2.svg|Výsledná animácia]]
+
* [[:Media:Animacia2.svg|Výsledná animácia]]
  
''Cvičenie:'' upravte funkciu <tt>najdiOstrovy</tt> tak, aby ešte navyše zistila, či má niektorý z ostrovov jazero.
+
''Cvičenie:'' upravte program tak, aby ešte navyše zistil, či má niektorý z ostrovov jazero.
 +
 
 +
==Nerekurzívne vyfarbovanie==
  
 
===Vyfarbovanie s použitím zásobníka===
 
===Vyfarbovanie s použitím zásobníka===
  
S použitím niektorej implementácie zásobníka z [[Prednáška 17|minulej prednášky]] môžeme napísať aj nerekurzívnu verziu funkcie <tt>vyfarbi</tt>. Tá zakaždým vyberie zo zásobníka niektoré políčko. Ak ešte nebolo ofarbené, ofarbí ho a vloží na zásobník všetkých jeho susedov, ktorých je ešte potrebné ofarbiť.
+
S použitím niektorej implementácie zásobníka z [[Prednáška 17|minulej prednášky]] môžeme napísať aj nerekurzívnu verziu funkcie <tt>vyfarbi</tt>. Tá zakaždým vyberie zo zásobníka niektoré políčko, skontroluje všetkých jeho susedov a ak majú pôvodnú farbu, ofarbí ich a vloží ich na zásobník, aby sme ďalej skontrolovali aj ich susedov.  
  
Drobnou zmenou bude, že súradnice jednotlivých susedov budeme počítať s použitím cyklu <tt>for</tt> a polí <tt>deltaStlpec</tt> a <tt>deltaRiadok</tt>, ktoré pre <tt>i = 0,1,2,3</tt> obsahujú ''posuny'' jednotlivých súradníc <tt>i</tt>-teho suseda oproti práve spracúvanému políčku.
+
Súradnice jednotlivých susedov budeme počítať s použitím cyklu <tt>for</tt> a polí <tt>deltaStlpec</tt> a <tt>deltaRiadok</tt>, ktoré pre <tt>i = 0,1,2,3</tt> obsahujú ''posuny'' jednotlivých súradníc <tt>i</tt>-teho suseda oproti práve spracúvanému políčku (dalo by sa použiť aj v rekurzívnej verzii).
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
struct policko {
 
struct policko {
Riadok 539: Riadok 436:
  
  
/* Sem pride definicia struktury pre zasobnik a funkcii poskytovanych zasobnikom. */
+
/* Sem pride definicia struktury pre zasobnik  
 +
* a funkcii poskytovanych zasobnikom. */
  
  
Riadok 545: Riadok 443:
 
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};
 
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};
  
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */   
+
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu  
void vyfarbi(int m, int n, int **a, int riadok, int stlpec, int farba, SVGdraw &drawing) {
+
* poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */   
 +
void vyfarbi(int **a, int m, int n,  
 +
            int riadok, int stlpec, int farba,
 +
            SVGdraw &drawing) {
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     if (staraFarba == farba) {
 
     if (staraFarba == farba) {
 
         return;
 
         return;
 
     }
 
     }
      
+
     a[riadok][stlpec] = farba;
 +
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],
 +
    "lightgrey", drawing);
 
     stack s;
 
     stack s;
 
     init(s);
 
     init(s);
Riadok 562: Riadok 465:
 
     while (!isEmpty(s)) {
 
     while (!isEmpty(s)) {
 
         p = pop(s);
 
         p = pop(s);
        if (a[p.riadok][p.stlpec] == farba) {
 
            continue;
 
        }
 
        a[p.riadok][p.stlpec] = farba;
 
        vykresliStvorcek(p.riadok, p.stlpec, farby[farba], "lightgrey", drawing);
 
        drawing.wait(pauza);
 
 
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
 
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
 
             policko sused;
 
             policko sused;
 
             sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
 
             sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
 
             sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
 
             sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
             if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok <= m - 1 && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec <= n - 1 &&
+
             if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok < m
                    a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
+
                && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec < n
 +
                && a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
 +
                a[sused.riadok][sused.stlpec] = farba;
 +
                vykresliStvorcek(p.riadok, p.stlpec, farby[farba],
 +
                                "lightgrey", drawing);
 +
                drawing.wait(pauza);
 
                 push(s, sused);     
 
                 push(s, sused);     
 
             }         
 
             }         
Riadok 582: Riadok 484:
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
* [[:Image:Animacia3.svg|Výsledná animácia]]
+
* [[:Media:Animacia3.svg|Výsledná animácia]]
 +
* Poradie sa trochu zmenilo oproti rekurzívnej verzii. Prečo?
  
 
===Vyfarbovanie s použitím radu===
 
===Vyfarbovanie s použitím radu===
  
Namiesto zásobníka môžeme použiť aj rad &ndash; obrazec sa potom bude vyfarbovať v poradí podľa vzdialenosti od počiatočného políčka. Pôjde o takzvané ''prehľadávanie do šírky'', kým rekurzívna verzia a verzia so zásobníkom zodpovedajú takzvanému ''prehľadávaniu do hĺbky''.
+
Namiesto zásobníka môžeme použiť aj rad. Obrazec sa potom bude vyfarbovať v poradí podľa vzdialenosti od počiatočného políčka. Tento algoritmus sa volá ''prehľadávanie do šírky'', kým rekurzívna verzia zodpovedá ''prehľadávaniu do hĺbky''.
 +
 
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
<syntaxhighlight lang="C++">
 
struct policko {
 
struct policko {
Riadok 595: Riadok 499:
  
  
/* Sem pride definicia struktury pre rad a funkcii poskytovanych radom. */
+
/* Sem pride definicia struktury pre rad  
 +
* a funkcii poskytovanych radom. */
  
  
Riadok 601: Riadok 506:
 
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};
 
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};
  
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */   
+
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu
void vyfarbi(int m, int n, int **a, int riadok, int stlpec, int farba, SVGdraw &drawing) {
+
* poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */   
 +
void vyfarbi(int **a, int m, int n,  
 +
            int riadok, int stlpec, int farba,  
 +
            SVGdraw &drawing) {
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     if (staraFarba == farba) {
 
     if (staraFarba == farba) {
 
         return;
 
         return;
 
     }
 
     }
 +
    a[riadok][stlpec] = farba;
 +
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],
 +
                    "lightgrey", drawing);
 
      
 
      
 
     queue q;
 
     queue q;
Riadok 618: Riadok 529:
 
     while (!isEmpty(q)) {
 
     while (!isEmpty(q)) {
 
         p = dequeue(q);
 
         p = dequeue(q);
        if (a[p.riadok][p.stlpec] == farba) {
 
            continue;
 
        }
 
        a[p.riadok][p.stlpec] = farba;
 
        vykresliStvorcek(p.riadok, p.stlpec, farby[farba], "lightgrey", drawing);
 
        drawing.wait(pauza);
 
 
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
 
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
 
             policko sused;
 
             policko sused;
 
             sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
 
             sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
 
             sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
 
             sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
             if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok <= m - 1 && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec <= n - 1 &&
+
             if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok < m
                    a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
+
                && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec < n
 +
                && a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
 +
                a[sused.riadok][sused.stlpec] = farba;
 +
                vykresliStvorcek(sused.riadok, sused.stlpec, farby[farba],
 +
                                "lightgrey", drawing);
 +
                drawing.wait(pauza);
 
                 enqueue(q, sused);     
 
                 enqueue(q, sused);     
 
             }         
 
             }         
Riadok 638: Riadok 548:
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
* [[:Image:Animacia4.svg|Výsledná animácia]]
+
* [[:Media:Animacia4.svg|Výsledná animácia]]
  
 
Program potom môžeme upraviť aj tak, aby do každého ofarbeného políčka vypísal jeho vzdialenosť od počiatočného políčka:
 
Program potom môžeme upraviť aj tak, aby do každého ofarbeného políčka vypísal jeho vzdialenosť od počiatočného políčka:
Riadok 649: Riadok 559:
  
  
/* Sem pride definicia struktury pre rad a funkcii poskytovanych radom. */
+
/* Sem pride definicia struktury pre rad  
 +
* a funkcii poskytovanych radom. */
  
 
+
void vypisVzdialenost(policko p, SVGdraw &drawing) {
void vypisVzdialenost(int i, int j, int vzd, const char *farbaTextu, SVGdraw &drawing) {
+
     drawing.setLineColor("white");
     drawing.setLineColor(farbaTextu);
 
 
     drawing.setFontSize(20);
 
     drawing.setFontSize(20);
 
     char text[15];
 
     char text[15];
     sprintf(text, "%d", vzd);
+
     sprintf(text, "%d", p.vzd);
     drawing.drawText((j + 0.5) * stvorcek, (i + 0.5) * stvorcek, text);
+
     drawing.drawText((p.stlpec + 0.5) * stvorcek,
 +
    (p.riadok + 0.5) * stvorcek, text);
 
}
 
}
  
Riadok 663: Riadok 574:
 
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};
 
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};
  
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */   
+
/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu  
void vyfarbi(int m, int n, int **a, int riadok, int stlpec, int farba, SVGdraw &drawing) {
+
* poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */   
 +
void vyfarbi(int **a, int m, int n,  
 +
            int riadok, int stlpec, int farba,  
 +
            SVGdraw &drawing) {
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     int staraFarba = a[riadok][stlpec];
 
     if (staraFarba == farba) {
 
     if (staraFarba == farba) {
Riadok 678: Riadok 592:
 
     p.vzd = 0;
 
     p.vzd = 0;
 
     enqueue(q, p);
 
     enqueue(q, p);
 +
    a[riadok][stlpec] = farba;
 +
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],
 +
                    "lightgrey", drawing);
 +
    vypisVzdialenost(p, drawing);
 
      
 
      
 
     while (!isEmpty(q)) {
 
     while (!isEmpty(q)) {
 
         p = dequeue(q);
 
         p = dequeue(q);
        if (a[p.riadok][p.stlpec] == farba) {
 
            continue;
 
        }
 
        a[p.riadok][p.stlpec] = farba;
 
        vykresliStvorcek(p.riadok, p.stlpec, farby[farba], "lightgrey", drawing);
 
        vypisVzdialenost(p.riadok, p.stlpec, p.vzd, "white", drawing);
 
        drawing.wait(pauza);
 
 
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
 
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
 
             policko sused;
 
             policko sused;
 
             sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
 
             sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
 
             sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
 
             sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
            sused.vzd = p.vzd + 1;
+
             if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok < m
             if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok <= m - 1 && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec <= n - 1 &&
+
                && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec < n
                    a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
+
                && a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
 +
        sused.vzd = p.vzd + 1;
 +
                a[sused.riadok][sused.stlpec] = farba;
 +
                vykresliStvorcek(sused.riadok, sused.stlpec, farby[farba],
 +
                                "lightgrey", drawing);
 +
                vypisVzdialenost(sused, drawing);
 +
                drawing.wait(pauza);
 
                 enqueue(q, sused);     
 
                 enqueue(q, sused);     
 
             }         
 
             }         
Riadok 703: Riadok 620:
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
* [[:Image:Animacia5.svg|Výsledná animácia]]
+
* [[:Media:Animacia5.svg|Výsledná animácia]]
 +
 
 +
==Zhrnutie==
 +
* Vyfarbovanie súvislých oblastí v matici sa dá využiť v počítačovej grafike ale na iné úlohy, napríklad počítanie ostrovov na mape.
 +
* Dá sa jednoducho napísať rekurzívne.
 +
* Rekurziu vieme odstrániť použitím zásobníka alebo radu na ukladanie políčok, ktoré ešte treba spracovať.
 +
* Pri využití radu vieme spočítať aj vzdialenosť od počiatočného bodu
 +
* Budúci semester uvidíte na Programovaní (2) prehľadávanie grafov, ktoré funguje veľmi podobne, ale je trochu všeobecnejšie.

Aktuálna revízia z 09:13, 27. november 2024

Oznamy

Budúci utorok bude na cvičeniach rozcvička na papieri.

  • Bude pokrývať učivo po prednášku 17.
  • Dôležitý tréning na semestrálny test.

Blíži sa semestrálny test.

Od pondelka 2.12. 19:00 sa môžete hlásiť na termín skúšky pri počítači.

  • Ak vidíte konflikt niektorého termínu s hromadnou skúškou alebo písomkou z iného predmetu, dajte nám vedieť čím skôr.
  • Kapacita termínov bude obmedzená, prihláste sa teda radšej skôr, neskôr to môžete zmeniť.
  • Prihlásiť a odhlásiť sa dá najviac deň vopred.
  • Skúšku 20.12. môžete robiť iba ak spravíte test 11.12. aspoň na 50% bodov.
  • Decembrový termín odporúčame hlavne študentom, ktorým programovanie nerobí problémy.
  • Viac informácií o skúške na prednáške v stredu 11.12.

Opakovanie: zásobník a rad

  • Zásobník (angl. stack) a rad alebo front (angl. queue) sú abstraktné dátové typy, ktoré udržiavajú postupnosť nejakých prvkov.
  • Obidva typy podporujú vloženie prvku a výber prvky
  • Zo zásobníka sa vyberá prvok, ktorý v ňom pobudol najkratšie, z radu prvok, ktorý v ňom bol najdlhšie
  • Zásobník tak pripomína stĺpec čistých tanierov v reštaurácii, rad pripomína rad pri pokladni

Konkrétne funkcie hlavičky funkcií

void init(stack &s);
bool isEmpty(stack &s);
void push(stack &s, dataType item); // vlozenie prvku
dataType pop(stack &s);    // vyber prvku
dataType peek(stack &s);
void destroy(stack &s);

void init(queue &q);
bool isEmpty(queue &q);
void enqueue(queue &q, dataType item); // vlozenie prvku
dataType dequeue(queue &q);  // vyber prvku
dataType peek(queue &q);
void destroy(queue &q);
  • Pre obidva typy sme videli implementáciu v poli aj v spájanom zozname
  • Hlavné funkcie vkladania a vyberania sú v obidvoch implementáciách rýchle a jednoduché

Videli sme tiež, že obidve štruktúry sa dajú použiť na ukladanie dát alebo úloh, ktoré ešte treba vyriešiť

  • Dnes uvidíme ďalšie príklady


Použitie zásobníka a radu: nerekurzívny Quick Sort

Pripomeňme si triedenie Quick Sort z 11. prednášky:

void swap (int &x, int &y) {
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

int partition(int a[], int left, int right) {
    int pivot = a[left];     
    int lastSmaller = left;
    
    for (int unknown = left + 1; unknown <= right; unknown++) {
        if (a[unknown] < pivot) {
            lastSmaller++;
            swap(a[unknown], a[lastSmaller]);
        }
    }   
    swap(a[left],a[lastSmaller]); 
    return lastSmaller;
}

void quicksort(int a[], int left, int right) {
    if (left >= right) {
        return; 
    }
    
    int middle = partition(a, left, right);
        
    quicksort(a, left, middle-1);  
    quicksort(a, middle+1, right);   
}

int main() {
  // ...
  quicksort(a, 0, N-1);
  // ...
}

Namiesto rekurzie môžeme použiť aj zásobník úsekov, ktoré ešte treba dotriediť.

struct usek {
    int left;
    int right;
};

typedef usek dataType;

/* Sem pride definicia struktury stack a vsetkych potrebnych funkcii. */

/* Sem pridu funkcie swap a partition rovnake ako vyssie. */

void quicksort(int a[], int n) {
    stack s;
    init(s);
    
    usek u;
    u.left = 0;
    u.right = n-1;
    push(s,u);
    
    while (!isEmpty(s)) {
        u = pop(s);
        // vynechame useky dlzky 0 a 1
        if (u.left >= u.right) {
            continue;
        }
        
        int middle = partition(a, u.left, u.right);
        
        usek u1;
        u1.left = u.left;
        u1.right = middle - 1;
        usek u2;
        u2.left = middle + 1;
        u2.right = u.right;
        push(s,u2);
        push(s,u1);
    }
    
    destroy(s);
}

int main() {
  // ...
  quicksort(a, N);
  // ...
}
  • Tento program triedi úseky v rovnakom poradí, ako rekurzívny Quick Sort, lebo po rozdelení poľa na dve časti dá na vrch zásobníka úsek zodpovedajúci jeho ľavej časti. Až keď sa táto ľavá časť a všetky podúlohy, ktoré z nej vzniknú, spracuje, dôjde na spracovanie pravej časti poľa.
  • Pri triedení Quick Sort však na tomto poradí nezáleží, takže by sme mohli jednotlivé úseky vkladať na zásobník aj v opačnom poradí.
  • Alebo by sme namiesto zásobníka mohli použiť rad. Potom by najskôr rozdelil ľavú aj pravú časť na ďalšie podčasti a potom by delil každú z týchto podčastí atď.

Na zamyslenie: ako by mohla vyzerať nerekurzívna verzia triedenia Merge Sort? Prečo sa nedá použiť rovnaký prístup ako pri triedení Quick Sort?

Vyfarbovanie súvislých oblastí

  • Uvažujme obrázok pozostávajúci z m krát n štvorčekov (pixelov).
  • Farbu každého pixelu zapíšeme do jedného políčka dvojrozmerného poľa s m riadkami a n stĺpcami.
  • V našom jednoduchom príklade budeme pracovať iba s piatimi farbami, ktoré budeme reprezentovať číslami 0,...,4 podľa nasledujúceho poľa (napríklad číslo 0 teda reprezentuje bielu farbu):
const char *farby[5] = {"white", "blue", "black", "yellow", "red"};

Napríklad obrázok

Matica1.png

tak môže byť reprezentovaný nasledujúcim textovým súborom obsahujúcim najprv rozmery matice (čísla m a n) a za nimi samotné prvky matice:

11 17
 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
 0 0 0 1 0 0 0 0 0 2 2 1 2 2 2 2 0
 0 0 0 1 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 2 0
 0 2 2 2 2 2 2 2 0 2 2 1 2 2 2 2 0
 0 2 0 1 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 0
 0 2 0 1 0 0 0 2 0 0 0 1 0 1 1 1 1
 0 2 0 1 1 1 1 2 1 1 1 1 0 1 0 0 1
 0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 1 1 1
 0 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Zameriame sa teraz na nasledujúci problém: používateľ zvolí (zadá na konzolu) súradnice niektorého štvorčeka a cieľom je ofarbiť nejakou farbou (napríklad červenou) celú súvislú oblasť rovnakej farby obsahujúcu daný štvorček. Napríklad pre obrazec vyššie a vstupné súradnice (2,1) (teda štvorček v treťom riadku a druhom stĺpci, keďže matica sa bude indexovať od nuly) by mal byť výstupom nasledujúci obrazec:

Matica2.png

Podobný problém je napríklad často potrebné riešiť v rôznych nástrojoch na prácu s grafikou a podobne.

  • Jednoduché útvary, napr. obdĺžnik, by sa dali vyfarbiť jednoduchými cyklami, naša súvislá oblasť ale môže mať veľmi zložitý tvar, s mnohými zákrutami, vetveniami a dierami a podobne.
  • Pre každé políčko, ktoré prefarbíme, nesmieme zabudnúť skontrolovať všetkých jeho susedov a ak majú rovnakú farbu ako malo pôvodné políčko, tak prefarbiť aj ich, ich susedov, susedov ich susedov atď.
  • Toto vieme ľahko zapísať rekurzívne: zafarbíme jedno políčko a potom rekurzívne zafarbujeme celú dosiahnuteľnú oblasť pre každého suseda rovnakej farby, akú malo pôvodne prefarbené políčko.
  • Táto podúloha je menšia, lebo aspoň jedno políčko z nej ubudlo prvým prefarbením.

Vyfarbovanie pomocou rekurzívnej funkcie

Nasledujúca rekurzívna funkcia vyfarbi prefarbí políčko so súradnicami (riadok, stlpec) na cieľovú farbu farba a následne sa rekurzívne zavolá pre všetkých susedov tohto políčka, ktoré sú zafarbené pôvodnou farbou prefarbovanej oblasti.

/* Prefarbi súvislú jednofarebnú oblasť obsahujúcu 
 * pozíciu (riadok,stlpec) na farbu s číslom farba. */
void vyfarbi(int **a, int m, int n, 
             int riadok, int stlpec, int farba) {
    int staraFarba = a[riadok][stlpec];
    if (staraFarba == farba) {
        return;
    }
    a[riadok][stlpec] = farba;
    if (riadok - 1 >= 0 
        && a[riadok - 1][stlpec] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok - 1, stlpec, farba);
    }
    if (riadok + 1 < m 
        && a[riadok + 1][stlpec] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok + 1, stlpec, farba);
    }
    if (stlpec - 1 >= 0 
        && a[riadok][stlpec - 1] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec - 1, farba);
    }
    if (stlpec + 1 < n 
        && a[riadok][stlpec + 1] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec + 1, farba);
    }
}

Proces vyfarbovania môžeme animovať pomocou našej knižnice SVGdraw

V animácii okrem zmeny farby štvorčeka meníme aj farbu jeho rámčeka: pri zavolaní rekurzie sa zmení na hnedú a po skončení spracovania štvorčeka aj jeho susedov sa zmení na sivú. Hnedé sú teda vždy rámčeky štvorčekov uložené na zásobníku volaní.

Program s animáciou

  • Program na vyfarbovanie súvislých oblastí obsahuje funkcie na inicializáciu matice, jej načítanie zo súboru, vykresľovanie jednotlivých štvorčekov a celej matice, ako aj uvoľnenie pamäte. Všetky tieto funkcie pracujú podobne ako pri príklade s výškovou mapou z prednášky 13.
  • Funkcia main načíta maticu zo súboru vstup.txt a animáciu uloží do súboru matica.svg.
  • Do rekurzívnej funkcie pridáme volania funkcie vykresliStvorcek, ktoré aktuálny štvorček v obrázku prekreslia novou farbou a menia aj farbu rámčeka. Za ňou vždy zavoláme funkciu drawing.wait, ktorá animáciu pozdrží, aby sme zmeny stihli na obrázku sledovať.
#include "SVGdraw.h"
#include <cstdio>
#include <cassert>

const char *farby[5] = {"white", "blue", "black", "yellow", "red"}; 

const int stvorcek = 40;    // velkost stvorceka v pixeloch
const int hrubkaCiary = 2;  // hrubka ciary v pixeloch
const double pauza = 0.3;   // pauza po kazdom kroku vyfarbovania v sekundach

/* Vytvori maticu s n riadkami a m stlpcami. */
int **vytvorMaticu(int m, int n) {
    int **a;
    a = new int *[m];
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        a[i] = new int[n];
    }
    return a;
}

/* Uvolni pamat matice a s n riadkami a m stlpcami. */
void zmazMaticu(int **a, int m) {
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        delete[] a[i];
    }
    delete[] a;
}

/* Vykresli stvorcek v riadku i a stlpci j 
   s farbou vyplne farba a farbou ciary farbaCiary. */
void vykresliStvorcek(int i, int j, 
                      const char * farba, 
                      const char * farbaCiary, 
                      SVGdraw &drawing) {
    drawing.setLineColor(farbaCiary);
    drawing.setLineWidth(hrubkaCiary);
    drawing.setFillColor(farba);
    drawing.drawRectangle(j * stvorcek, i * stvorcek, 
                          stvorcek, stvorcek);
}

/* Vykresli maticu a s n riadkami a m stlpcami. */
void vykresliMaticu(int **a, int m, int n, SVGdraw &drawing) {
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            vykresliStvorcek(i, j, farby[a[i][j]], "lightgray", drawing);
        }
    }
}

/* Nacita z textoveho suboru, na ktory ukazuje fr, 
   prvky matice a s n riadkami a m stlpcami. */
void nacitajMaticu(FILE *fr, int **a, int m, int n) {
    assert(fr != NULL);
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            fscanf(fr, "%d", &a[i][j]);
        }
    }
}

/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu 
 * poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */
void vyfarbi(int **a, int m, int n, 
             int riadok, int stlpec, int farba,
             SVGdraw &drawing) {
    int staraFarba = a[riadok][stlpec];
    if (staraFarba == farba) {
        return;
    }
    a[riadok][stlpec] = farba;
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba], 
                     "brown", drawing);
    drawing.wait(pauza);
    if (riadok - 1 >= 0 && a[riadok - 1][stlpec] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok - 1, stlpec, farba, drawing);
    }
    if (riadok + 1 < m && a[riadok + 1][stlpec] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok + 1, stlpec, farba, drawing);
    }
    if (stlpec - 1 >= 0 && a[riadok][stlpec - 1] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec - 1, farba, drawing);
    }
    if (stlpec + 1 < n && a[riadok][stlpec + 1] == staraFarba) {
        vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec + 1, farba, drawing);
    }
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba], 
                     "lightgray", drawing);
    drawing.wait(pauza);
} 

int main() {
    FILE *fr = fopen("vstup.txt", "r");
    assert(fr != NULL);

    // nacitanie rozmerov matice
    int m, n;
    fscanf(fr, "%d %d", &m, &n);  
    // vytvorenie matice a nacitanie jej prvkov  
    int **a = vytvorMaticu(m, n);
    nacitajMaticu(fr, a, m, n);         
    fclose(fr);
        
    SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "matica.svg");
    vykresliMaticu(a, m, n, drawing);

    // nacitanie suradnic pociatocneho stvorceka 
    int riadok, stlpec;
    scanf("%d", &riadok);
    scanf("%d", &stlpec);

    vyfarbi(a, m, n, riadok, stlpec, 4, drawing);

    drawing.finish();
    zmazMaticu(a, m);
}

Počítanie ostrovov

Obrázok, s ktorým sme pracovali vyššie, môže reprezentovať napríklad jednoduchú mapu súostrovia, kde more je znázornené modrou farbou a pevnina je znázornená žltou farbou. Úlohou môže byť zistiť počet ostrovov. Ten môžeme zistiť napríklad takto:

  • Prechádzame postupne všetky políčka mapy.
  • Ak narazíme na pevninu (t. j. žlté políčko), zvýšime doposiaľ nájdený počet ostrovov o 1 a ofarbíme celý ostrov (napríklad) na červeno.
  • Ak narazíme na ďalšie žlté políčko, opäť urobíme to isté.
  • Toto robíme, až kým prejdeme cez všetky políčka mapy.

Príklad mapy a jej zobrazenie pred začiatkom hľadania ostrovov, po nájdení prvých troch ostrovov a po nájdení všetkých ostrovov:

11 17
 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
 1 1 1 3 3 3 3 1 1 3 1 1 1 1 3 3 1
 1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 1
 1 1 3 3 1 1 1 1 1 3 3 1 3 3 3 3 1
 1 1 1 3 3 1 1 1 1 3 1 1 3 3 3 3 1
 1 3 3 3 3 1 3 3 1 3 3 1 3 3 3 3 1
 1 1 3 3 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1
 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 1 1 3 3 3 1 1
 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 1 1 3 1 3 1 1
 1 1 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 3 3 3 1 1
 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Do programu vyššie teda dorobíme funkciu

int najdiOstrovy(int **a, int m, int n, SVGdraw &drawing) {
    int ostrovov = 0;
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (a[i][j] == 3) {
                ostrovov++;
                vyfarbi(a, m, n, i, j, 4, drawing);
            }
        }
    }
    return ostrovov;
}

a funkciu main môžeme zmeniť napríklad takto:

int main() {
    FILE *fr = fopen("ostrovy.txt", "r");
    assert(fr != NULL);
    int m, n;
    fscanf(fr, "%d %d", &m, &n);
    int **a = vytvorMaticu(m, n);
    nacitajMaticu(fr, a, m, n);
    fclose(fr);
        
    SVGdraw drawing(n * stvorcek, m * stvorcek, "mapa.svg");
    vykresliMaticu(a, m, n, drawing);

    int pocetOstrovov = najdiOstrovy(a, m, n, drawing);
    printf("Pocet ostrovov je %d.\n", pocetOstrovov);

    drawing.finish();
    zmazMaticu(a, m);
}

Cvičenie: upravte program tak, aby ešte navyše zistil, či má niektorý z ostrovov jazero.

Nerekurzívne vyfarbovanie

Vyfarbovanie s použitím zásobníka

S použitím niektorej implementácie zásobníka z minulej prednášky môžeme napísať aj nerekurzívnu verziu funkcie vyfarbi. Tá zakaždým vyberie zo zásobníka niektoré políčko, skontroluje všetkých jeho susedov a ak majú pôvodnú farbu, ofarbí ich a vloží ich na zásobník, aby sme ďalej skontrolovali aj ich susedov.

Súradnice jednotlivých susedov budeme počítať s použitím cyklu for a polí deltaStlpec a deltaRiadok, ktoré pre i = 0,1,2,3 obsahujú posuny jednotlivých súradníc i-teho suseda oproti práve spracúvanému políčku (dalo by sa použiť aj v rekurzívnej verzii).

struct policko {
    int riadok, stlpec;
};

typedef policko dataType;


/* Sem pride definicia struktury pre zasobnik 
 * a funkcii poskytovanych zasobnikom. */


const int deltaRiadok[4] = {0, 0, 1, -1};
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};

/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu 
 * poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */  
void vyfarbi(int **a, int m, int n, 
             int riadok, int stlpec, int farba,
             SVGdraw &drawing) {
    int staraFarba = a[riadok][stlpec];
    if (staraFarba == farba) {
        return;
    }
    a[riadok][stlpec] = farba;
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba], 
		     "lightgrey", drawing);
    stack s;
    init(s);
    
    policko p;
    p.riadok = riadok;
    p.stlpec = stlpec;
    push(s, p);
    
    while (!isEmpty(s)) {
        p = pop(s);
        for (int i = 0; i <= 3; i++) {
            policko sused;
            sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
            sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
            if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok < m
                && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec < n
                && a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
                a[sused.riadok][sused.stlpec] = farba;
                vykresliStvorcek(p.riadok, p.stlpec, farby[farba], 
                                "lightgrey", drawing);
                drawing.wait(pauza);
                push(s, sused);    
            }        
        }
    }
    destroy(s);
}

Vyfarbovanie s použitím radu

Namiesto zásobníka môžeme použiť aj rad. Obrazec sa potom bude vyfarbovať v poradí podľa vzdialenosti od počiatočného políčka. Tento algoritmus sa volá prehľadávanie do šírky, kým rekurzívna verzia zodpovedá prehľadávaniu do hĺbky.

struct policko {
    int riadok, stlpec;
};

typedef policko dataType;


/* Sem pride definicia struktury pre rad 
 * a funkcii poskytovanych radom. */


const int deltaRiadok[4] = {0, 0, 1, -1};
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};

/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu
 * poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */  
void vyfarbi(int **a, int m, int n, 
             int riadok, int stlpec, int farba, 
             SVGdraw &drawing) {
    int staraFarba = a[riadok][stlpec];
    if (staraFarba == farba) {
        return;
    }
    a[riadok][stlpec] = farba;
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],
                     "lightgrey", drawing);
    
    queue q;
    init(q);
    
    policko p;
    p.riadok = riadok;
    p.stlpec = stlpec;
    enqueue(q, p);
    
    while (!isEmpty(q)) {
        p = dequeue(q);
        for (int i = 0; i <= 3; i++) {
            policko sused;
            sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
            sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
            if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok < m
                && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec < n
                && a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
                a[sused.riadok][sused.stlpec] = farba;
                vykresliStvorcek(sused.riadok, sused.stlpec, farby[farba],
                                 "lightgrey", drawing);
                drawing.wait(pauza);
                enqueue(q, sused);    
            }        
        }
    }
    destroy(q);
}

Program potom môžeme upraviť aj tak, aby do každého ofarbeného políčka vypísal jeho vzdialenosť od počiatočného políčka:

struct policko {
    int riadok, stlpec, vzd;
};

typedef policko dataType;


/* Sem pride definicia struktury pre rad 
 * a funkcii poskytovanych radom. */

void vypisVzdialenost(policko p, SVGdraw &drawing) {
    drawing.setLineColor("white");
    drawing.setFontSize(20);
    char text[15];
    sprintf(text, "%d", p.vzd);
    drawing.drawText((p.stlpec + 0.5) * stvorcek,
		     (p.riadok + 0.5) * stvorcek, text);
}

const int deltaRiadok[4] = {0, 0, 1, -1};
const int deltaStlpec[4] = {1, -1, 0, 0};

/* Prefarbi suvislu jednofarebnu oblast obsahujucu 
 * poziciu (riadok,stlpec) na farbu s cislom farba. */  
void vyfarbi(int **a, int m, int n, 
             int riadok, int stlpec, int farba, 
             SVGdraw &drawing) {
    int staraFarba = a[riadok][stlpec];
    if (staraFarba == farba) {
        return;
    }
    
    queue q;
    init(q);
    
    policko p;
    p.riadok = riadok;
    p.stlpec = stlpec;
    p.vzd = 0;
    enqueue(q, p);
    a[riadok][stlpec] = farba;
    vykresliStvorcek(riadok, stlpec, farby[farba],
                     "lightgrey", drawing);
    vypisVzdialenost(p, drawing);
    
    while (!isEmpty(q)) {
        p = dequeue(q);
        for (int i = 0; i <= 3; i++) {
            policko sused;
            sused.riadok = p.riadok + deltaRiadok[i];
            sused.stlpec = p.stlpec + deltaStlpec[i];
            if (sused.riadok >= 0 && sused.riadok < m
                && sused.stlpec >= 0 && sused.stlpec < n
                && a[sused.riadok][sused.stlpec] == staraFarba) {
	        sused.vzd = p.vzd + 1;
                a[sused.riadok][sused.stlpec] = farba;
                vykresliStvorcek(sused.riadok, sused.stlpec, farby[farba],
                                 "lightgrey", drawing);
                vypisVzdialenost(sused, drawing);
                drawing.wait(pauza);
                enqueue(q, sused);    
            }        
        }
    }
    destroy(q);
}

Zhrnutie

  • Vyfarbovanie súvislých oblastí v matici sa dá využiť v počítačovej grafike ale na iné úlohy, napríklad počítanie ostrovov na mape.
  • Dá sa jednoducho napísať rekurzívne.
  • Rekurziu vieme odstrániť použitím zásobníka alebo radu na ukladanie políčok, ktoré ešte treba spracovať.
  • Pri využití radu vieme spočítať aj vzdialenosť od počiatočného bodu
  • Budúci semester uvidíte na Programovaní (2) prehľadávanie grafov, ktoré funguje veľmi podobne, ale je trochu všeobecnejšie.