Java課程設(shè)計(jì)-連通問題

第1章課題概述本次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的題目是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)位深度為1的bmp圖片的聯(lián)通問題。1.1課題的目的位深度為1的bmp圖片是只有黑白兩種顏色的圖片，信息比較容易讀取。連通：兩個(gè)點(diǎn)距離如果小于2個(gè)像素，則認(rèn)為這兩個(gè)點(diǎn)連通。也就是說以一個(gè)點(diǎn)為中心的九宮格中，圍繞它的8個(gè)點(diǎn)與它都是連通的。這個(gè)課題的目的是分析給出的黑白bmp圖片中所有獨(dú)立連通的群體，輸出每個(gè)連通群體的面積。所謂面積，就是它含有的像素的個(gè)數(shù)。1.2課題的要求1.2.1輸入輸出的要求（1）程序運(yùn)行后應(yīng)首先彈出一個(gè)窗口，窗口提供一個(gè)輸入圖片名稱的輸入框和確定按鈕。（2）輸入名稱，點(diǎn)擊確定后，彈出新的窗口，并在窗口中輸出各個(gè)連通區(qū)域的面積，每一行輸出一個(gè)。1.2.2程序?qū)崿F(xiàn)的功能要求（1）bmp圖片的信息儲存在圖片中，需要用流來讀取圖片的信息，并加以處理，使程序可以適用于任何像素的bmp圖片。（2）輸入格式有錯(cuò)誤要給出合適的提示。第2章概要設(shè)計(jì)2.1整個(gè)程序的模塊根據(jù)課題要求，整個(gè)程序可大致分為三個(gè)模塊，讀取圖片信息，處理圖片信息，計(jì)算連通。此外，還具有窗口，及簡短的說明提示等。程序各功能模塊的劃分，及主要流程如圖2-1所示。圖2-1整個(gè)程序模塊2.2bmp圖片信息分析偏移：10字節(jié),長度4字節(jié)：圖像數(shù)據(jù)真正開始的位置。偏移：18字節(jié),長度4字節(jié)：位圖的寬度，單位是像素。偏移：22字節(jié),長度4字節(jié)：位圖的高度，單位是像素。Windows規(guī)定圖像文件中一個(gè)掃描行所占的字節(jié)數(shù)必須是4字節(jié)的倍數(shù)，不足的位均以0填充。因此在編寫程序時(shí)要注意兩點(diǎn)：（1）從圖片中讀取的數(shù)據(jù)為4個(gè)字節(jié)，且將其倒置后，才是圖片的真正數(shù)據(jù)。（2）讀取的圖片像素的寬若不是4字節(jié)的倍數(shù)，補(bǔ)0后會產(chǎn)生多余的數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過處理來跳過它們。2.3連通的判斷bmp圖片中像素黑色為0，白色為1。遍歷數(shù)組，遇到某連通區(qū)域的第一個(gè)黑色的點(diǎn)時(shí)，改變其值為2，接著判斷后面的像素周圍是否存在黑色的像素，若存在，改變其值為除0，1之外最小的數(shù)，否則，將該像素的值改為3，依次遞增1。當(dāng)周圍有兩種或以上不同連通區(qū)域的像素時(shí)，例如2，3。將其值改為2后，要將二維數(shù)組中所有的3改為2。當(dāng)遍歷一次后，數(shù)出二維數(shù)組中除了0，1之外相同數(shù)字的個(gè)數(shù)，即連通區(qū)域的面積。例如題目中的t1.bmp：這張圖的連通區(qū)域有9個(gè)，8個(gè)面積為1和一個(gè)面積為11。下面三張圖片說明了改變像素值，并輸出不同數(shù)字個(gè)數(shù)的過程。為了方便觀察，用A來代替10，B來代替11，依次類推。圖2.3.1改變某連通區(qū)域第一個(gè)像素值圖2.3.2像素周圍有大于1的數(shù)的情況后面的像素與前面幾個(gè)像素修改方法相同。圖2.3.3修改完成后的像素圖第3章程序功能的實(shí)現(xiàn)3.1讀取圖片信息用DataInputStream來讀取圖片中的信息，讀取4個(gè)字節(jié)后，用handleByte()方法來處理數(shù)組，得到圖片的信息。用多重for循環(huán)將讀取到的像素信息處理并存入二維數(shù)組中。代碼如下：privateinthandleByte(byte[]b){ StringBuffersb=newStringBuffer(); for(inti=b.length-1;i>=0;i--){ StringBuffertemp=newStringBuffer(Integer.toBinaryString(b[i])); Stringfin="00000000"; if(b[i]!=0){ if(temp.length()>8){ fin=temp.substring(temp.length()-8); } while(temp.length()<8){ temp.insert(0,0); fin=temp.toString(); } } sb.append(fin); } returnInteger.parseInt(sb.toString(),2);} privatevoidloadPicture(Filedirectory,StringfileName){ DataInputStreamdis=null; al=newArrayList<Integer>(); try{ dis=newDataInputStream(newFileInputStream(directory.getAbsolutePath()+"/"+fileName+".bmp")); byte[]l=newbyte[4]; dis.skip(10); dis.read(l); intlocation=handleByte(l); byte[]len=newbyte[4]; dis.skip(4); dis.read(len); pWidth=handleByte(len);byte[]wid=newbyte[4]; dis.read(wid); pHeight=handleByte(wid); dis.skip(location-26); arr=newint[pHeight][pWidth]; for(introw=arr.length-1;row>=0;row--){ intcol=0; for(intn=0;n<Math.ceil((double)arr[row].length/8);n++){ StringBufferi=newStringBuffer(Integer.toBinaryString(dis.readByte())); while(i.length()<8){ i.insert(0,0); } Strings=i.substring(i.length()-8); for(intj=0;j<s.length()&&col<arr[row].length;j++,col++){ arr[row][col]=Character.digit(s.charAt(j),10); if(col==arr[row].length-1){ doubleskiper=Math.ceil((double)pWidth/32.0)*4-Math.ceil((double)pWidth/8.0); dis.skip((long)skiper); } } } } }catch(FileNotFoundExceptione){ JOptionPane.showMessageDialog(null,"找不到文件！請確認(rèn)圖片名稱且圖片位于“cPicture”文件夾中！","Error!",JOptionPane.ERROR_MESSAGE);tf.setText(""); tf.grabFocus(); flag=false; }catch(IOExceptione){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(dis!=null){ dis.close(); } }catch(IOExceptione){ e.printStackTrace(); } }3.2判斷連通定義一個(gè)變量來存儲替換的值，用一個(gè)容器來存儲一個(gè)像素周圍的大于1的像素值，方便比較。先處理只有一行和只有一列的特殊情況，之后再處理其他的情況。其他情況中又分成了四個(gè)角，四條邊，其他像素，共9種情況。privatevoidchangeValue(){ value=2; ArrayList<Integer>temp=newArrayList<Integer>(); if(pHeight==1){ for(inti=0;i<arr.length;i++){ for(intj=0;j<arr[i].length;j++){ if(arr[i][j]==0){ if(j==0){ arr[i][j]=value; value++; continue; } if(arr[i][j-1]>1){ arr[i][j]=arr[i][j-1]; }else{ arr[i][j]=value; value++; } } } } }elseif(pWidth==1){ for(inti=0;i<arr.length;i++){ for(intj=0;j<arr[i].length;j++){ if(arr[i][j]==0){ if(i==0){ arr[i][j]=value; value++; continue; } if(arr[i-1][j]>1){ arr[i][j]=arr[i-1][j]; }else{ arr[i][j]=value; value++; } } } } }else{ for(inti=0;i<arr.length;i++){ for(intj=0;j<arr[i].length;j++){ if(arr[i][j]==0){ if(i==0&&j==0){ if(arr[i][j+1]<2&&arr[i+1][j+1]<2&&arr[i+1][j]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(i==0&&j>0&&j<arr[i].length-1){ if(arr[i][j+1]<2&&arr[i+1][j+1]<2&&arr[i+1][j]<2&&arr[i+1][j-1]<2&&arr[i][j-1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(i==0&&j==arr[i].length-1){ if(arr[i+1][j]<2&&arr[i+1][j-1]<2&&arr[i][j-1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(j==arr[i].length-1&&i>0&&i<arr.length-1){ if(arr[i-1][j]<2&&arr[i+1][j]<2&&arr[i+1][j-1]<2&&arr[i][j-1]<2&&arr[i-1][j-1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(j==arr[i].length-1&&i==arr.length-1){ if(arr[i-1][j]<2&&arr[i][j-1]<2&&arr[i-1][j-1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(i==arr.length-1&&j>0&&j<arr[i].length-1){ if(arr[i-1][j]<2&&arr[i-1][j+1]<2&&arr[i][j+1]<2&&arr[i][j-1]<2&&arr[i-1][j-1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(i==arr.length-1&&j==0){ if(arr[i-1][j]<2&&arr[i-1][j+1]<2&&arr[i][j+1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(j==0&&i>0&&i<arr.length-1){ if(arr[i-1][j]<2&&arr[i-1][j+1]<2&&arr[i][j+1]<2&&arr[i+1][j+1]<2&&arr[i+1][j]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(i>0&&i<arr.length-1&&j>0&&j<arr[i].length-1){ if(arr[i-1][j]<2&&arr[i-1][j+1]<2&&arr[i][j+1]<2&&arr[i+1][j+1]<2&&arr[i+1][j]<2&&arr[i+1][j-1]<2&&arr[i][j-1]<2&&arr[i-1][j-1]<2){ arr[i][j]=value; value++; continue; } } if(i-1>=0&&arr[i-1][j]>1){ temp.add(arr[i-1][j]); } if((i-1>=0&&j+1<pWidth)&&arr[i-1][j+1]>1){ temp.add(arr[i-1][j+1]); } if(j+1<pWidth&&arr[i][j+1]>1){ temp.add(arr[i][j+1]); } if((i+1<pHeight&&j+1<pWidth)&&arr[i+1][j+1]>1){ temp.add(arr[i+1][j+1]); } if(i+1<pHeight&&arr[i+1][j]>1){ temp.add(arr[i+1][j]); } if((i+1<pHeight&&j-1>=0)&&arr[i+1][j-1]>1){ temp.add(arr[i+1][j-1]); } if(j-1>=0&&arr[i][j-1]>1){ temp.add(arr[i][j-1]); } if((i-1>=0&&j-1>=0)&&arr[i-1][j-1]>1){ temp.add(arr[i-1][j-1]); } if(temp.size()!=0){ Collections.sort(temp); if(temp.get(0)==temp.get(temp.size()-1)){ arr[i][j]=temp.get(0); }else{ arr[i][j]=temp.get(0); for(intindex=1;index<temp.size();index++){ if(temp.get(index)>temp.get(0)){ for(ints=0;s<arr.length;s++){ for(intd=0;d<arr[s].length;d++){ if(arr[s][d]==temp.get(index)){ arr[s][d]=temp.get(0); } } } } } } } } temp.clear(); } } }第4章調(diào)試及發(fā)現(xiàn)問題的解決在編寫程序的過程中，我遇到了許多問題，但通過認(rèn)真的思考，最終都全部解決了。程序?qū)崿F(xiàn)及調(diào)試過程中遇到的主要問題及解決方法如下：1、讀取的字節(jié)的數(shù)值如果大于127，則會被當(dāng)成負(fù)數(shù)，如何讓它恢復(fù)原來的數(shù)值？解決方法：在讀取一個(gè)字節(jié)后，將其轉(zhuǎn)換為整型二進(jìn)制字符串，若長度大于8，截取后8位，若長度小于8，在前面補(bǔ)0。最后將四個(gè)字節(jié)的字符串連接在一起，再轉(zhuǎn)換為int類型的數(shù)。2、若圖片像素的寬不是32的倍數(shù)，則輸出結(jié)果會出錯(cuò)。解決方法：Windows規(guī)定圖像文件中一個(gè)掃描行所占的字節(jié)數(shù)必須是4字節(jié)的倍數(shù)，這32個(gè)像素中，一旦達(dá)到圖片像素的最大寬度，后面的位的值為補(bǔ)的0，不代表任何一個(gè)像素，因此只要通過計(jì)算跳過這些沒有用的像素，即可解決。代碼如下：doubleskiper=Math.ceil((double)pWidth/32.0)*4–Math.ceil((double)pWidth/8.0);dis.skip((long)skiper);3、連通問題如何比較周圍像素的值？解決方法：將8個(gè)像素中大于1的值存入一個(gè)容器，方便比較。4、若輸入的名稱錯(cuò)誤或名稱為空時(shí)，依然會彈出輸出結(jié)果的窗口，如何讓它不彈出?解決方法：定義一個(gè)boolean的值flag，默認(rèn)為false。setVisible(flag)的參數(shù)為這個(gè)boolean值。當(dāng)二維數(shù)組不為空時(shí)，說明名稱和圖片格式?jīng)]有錯(cuò)誤，把這個(gè)值改為true。若名稱為空或不正確，flag的值不變，窗口不再顯示。第5章程序測試及分析運(yùn)行程序，彈出一個(gè)窗口，可以輸入圖片名