主頁 > 軟體設計 > Python影像識別+KNN求解數獨

Python影像識別+KNN求解數獨

2020-11-14 01:46:16 軟體設計

Python-opencv+KNN求解數獨

最近一直在玩數獨,突發奇想實作影像識別求解數獨,輸入到輸出平均需要0.5s,

整體思路大概就是識別出圖中數字生成list,然后求解,

輸入輸出demo

數獨采用的是微軟自帶的Microsoft sudoku軟體隨便截取的影像,如下圖所示:
Microsoft sudoku中Grandmaster級別經程序式求解后,得到的結果如下圖所示:
在這里插入圖片描述

程式具體流程

程式整體流程如下圖所示:
數獨求解流程圖

讀入影像后,根據求解輪廓資訊找到數字所在位置,以及不包含數字的空白位置,提取數字資訊通過KNN識別,識別出數字;無數字資訊的在list中置0;生成未求解數獨list,之后求解數獨,將資訊在原圖中顯示出來,

# -*-coding:utf-8-*-
import os
import cv2 as cv
import numpy as np
import time

####################################################
#尋找數字生成list
def find_dig_(img, train_set):
    if img is None:
        print("無效的圖片!")
        os._exit(0)
        return
    _, thre = cv.threshold(img, 230, 250, cv.THRESH_BINARY_INV)
    _, contours, hierarchy = cv.findContours(thre, cv.RETR_TREE, cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
    sudoku_list = []
    boxes = []
    for i in range(len(hierarchy[0])):
        if hierarchy[0][i][3] == 0:  # 表示父輪廓為 0
            boxes.append(hierarchy[0][i])
    # 提取數字
    nm = []
    for j in range(len(boxes)):    # 此處len(boxes)=81
        if boxes[j][2] != -1:
            x, y, w, h = cv.boundingRect(contours[boxes[j][2]])
            nm.append([x, y, w, h])
            # 在原圖中框選各個數字
            cropped = img[y:y + h, x:x + w]
            im = img_pre(cropped)			#預處理
            AF = incise(im)				#切割數字影像
            result = identification(train_set, AF, 7)		#knn識別
            sudoku_list.insert(0, int(result))				#生成list
        else:
            sudoku_list.insert(0, 0)
            
    if len(sudoku_list) == 81:
        sudoku_list= np.array(sudoku_list)
        sudoku_list= sudoku_list.reshape((9, 9))
        print("old_sudoku -> \n", sudoku_list)
        return sudoku_list, contours, hierarchy
    else:
        print("無效的圖片!")
        os._exit(0)

######################################################
#KNN演算法識別數字
def img_pre(cropped):
    # 預處理數字影像
    im = np.array(cropped)  # 轉化為二維陣列
    for i in range(im.shape[0]):  # 轉化為二值矩陣
        for j in range(im.shape[1]):
            # print(im[i, j])
            if im[i, j] != 255:
                im[i, j] = 1
            else:
                im[i, j] = 0
    return im


# 提取圖片特征
def feature(A):
    midx = int(A.shape[1] / 2) + 1
    midy = int(A.shape[0] / 2) + 1
    A1 = A[0:midy, 0:midx].mean()
    A2 = A[midy:A.shape[0], 0:midx].mean()
    A3 = A[0:midy, midx:A.shape[1]].mean()
    A4 = A[midy:A.shape[0], midx:A.shape[1]].mean()
    A5 = A.mean()
    AF = [A1, A2, A3, A4, A5]
    return AF


# 切割圖片并回傳每個子圖片特征
def incise(im):
    # 豎直切割并回傳切割的坐標
    a = [];
    b = []
    if any(im[:, 0] == 1):
        a.append(0)
    for i in range(im.shape[1] - 1):
        if all(im[:, i] == 0) and any(im[:, i + 1] == 1):
            a.append(i + 1)
        elif any(im[:, i] == 1) and all(im[:, i + 1] == 0):
            b.append(i + 1)
    if any(im[:, im.shape[1] - 1] == 1):
        b.append(im.shape[1])
    # 水平切割并回傳分割圖片特征
    names = locals();
    AF = []
    for i in range(len(a)):
        names['na%s' % i] = im[:, range(a[i], b[i])]
        if any(names['na%s' % i][0, :] == 1):
            c = 0
        else:
            for j in range(names['na%s' % i].shape[0]):
                if j < names['na%s' % i].shape[0] - 1:
                    if all(names['na%s' % i][j, :] == 0) and any(names['na%s' % i][j + 1, :] == 1):
                        c = j
                        break
                else:
                    c = j
        if any(names['na%s' % i][names['na%s' % i].shape[0] - 1, :] == 1):
            d = names['na%s' % i].shape[0] - 1
        else:
            for j in range(names['na%s' % i].shape[0]):
                if j < names['na%s' % i].shape[0] - 1:
                    if any(names['na%s' % i][j, :] == 1) and all(names['na%s' % i][j + 1, :] == 0):
                        d = j + 1
                        break
                else:
                    d = j
        names['na%s' % i] = names['na%s' % i][range(c, d), :]
        AF.append(feature(names['na%s' % i]))  # 提取特征
        for j in names['na%s' % i]:
            pass
    return AF


# 訓練已知圖片的特征
def training():
    train_set = {}
    for i in range(9):
        value = []
        for j in range(15):
            ima = cv.imread('E:/test_image/knn_test/{}/{}.png'.format(i + 1, j + 1), 0)
            im = img_pre(ima)
            AF = incise(im)
            value.append(AF[0])
        train_set[i + 1] = value

    return train_set


# 計算兩向量的距離
def distance(v1, v2):
    vector1 = np.array(v1)
    vector2 = np.array(v2)
    Vector = (vector1 - vector2) ** 2
    distance = Vector.sum() ** 0.5
    return distance


# 用最近鄰演算法識別單個數字
def knn(train_set, V, k):
    key_sort = [11] * k
    value_sort = [11] * k
    for key in range(1, 10):
        for value in train_set[key]:
            d = distance(V, value)
            for i in range(k):
                if d < value_sort[i]:
                    for j in range(k - 2, i - 1, -1):
                        key_sort[j + 1] = key_sort[j]
                        value_sort[j + 1] = value_sort[j]
                    key_sort[i] = key
                    value_sort[i] = d
                    break
    max_key_count = -1
    key_set = set(key_sort)
    for key in key_set:
        if max_key_count < key_sort.count(key):
            max_key_count = key_sort.count(key)
            max_key = key
    return max_key


# 生成數字
def identification(train_set, AF, k):
    result = ''
    for i in AF:
        key = knn(train_set, i, k)
        result = result + str(key)
    return result



######################################################
######################################################
#求解數獨
def get_next(m, x, y):
    # 獲得下一個空白格在數獨中的坐標,
    :param m 數獨矩陣
    :param x 空白格行數
    :param y 空白格列數
    """
    for next_y in range(y + 1, 9):  # 下一個空白格和當前格在一行的情況
        if m[x][next_y] == 0:
            return x, next_y
    for next_x in range(x + 1, 9):  # 下一個空白格和當前格不在一行的情況
        for next_y in range(0, 9):
            if m[next_x][next_y] == 0:
                return next_x, next_y
    return -1, -1  # 若不存在下一個空白格,則回傳 -1-1


def value(m, x, y):
    # 回傳符合"每個橫排和豎排以及九宮格內無相同數字"這個條件的有效值,
  
    i, j = x // 3, y // 3
    grid = [m[i * 3 + r][j * 3 + c] for r in range(3) for c in range(3)]
    v = set([x for x in range(1, 10)]) - set(grid) - set(m[x]) - \
        set(list(zip(*m))[y])
    return list(v)


def start_pos(m):
    # 回傳第一個空白格的位置坐標
    for x in range(9):
        for y in range(9):
            if m[x][y] == 0:
                return x, y
    return False, False  # 若數獨已完成,則回傳 False, False


def try_sudoku(m, x, y):
    # 試著填寫數獨
    for v in value(m, x, y):
        m[x][y] = v
        next_x, next_y = get_next(m, x, y)
        if next_y == -1:  # 如果無下一個空白格
            return True
        else:
            end = try_sudoku(m, next_x, next_y)  # 遞回
            if end:
                return True
            m[x][y] = 0  # 在遞回的程序中,如果數獨沒有解開,
            # 則回溯到上一個空白格


def sudoku_so(m):
    x, y = start_pos(m)
    try_sudoku(m, x, y)
    print("new_sudoku -> \n", m)
    return m

###################################################
# 將結果繪制到原圖
def draw_answer(img, contours, hierarchy, new_sudoku_list ):
    new_sudoku_list = new_sudoku_list .flatten().tolist()
    for i in range(len(contours)):
        cnt = contours[i]
        if hierarchy[0, i, -1] == 0:
            num = new_soduku_list.pop(-1)
            if hierarchy[0, i, 2] == -1:
                x, y, w, h = cv.boundingRect(cnt)
                cv.putText(img, "%d" % num, (x + 19, y + 56), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.8, (0, 0, 255), 2)  # 填寫數字
    cv.imwrite("E:/answer.png", img)


if __name__ == '__main__':
    t1 = time.time()
    train_set = training()
    img = cv.imread('E:/test_image/python_test_img/Sudoku.png')
    img_gray = cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2GRAY)
    sudoku_list, contours, hierarchy = find_dig_(img_gray, train_set)
    new_sudoku_list = sudoku_so(sudoku_list)
    draw_answer(img, contours, hierarchy, new_sudoku_list )
    print("time :",time.time()-t1)

PS:
使用KNN演算法需要創建訓練集,數獨中共涉及9個數字,“1,2,3,4,5,6,7,8,9”各15幅圖放入檔案夾中,如下圖所示,
KNN訓練集

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/214259.html

標籤:其他

上一篇:Python爬蟲入門筆記

下一篇:100個numpy問題50-100

標籤雲
其他(157675) Python(38076) JavaScript(25376) Java(17977) C(15215) 區塊鏈(8255) C#(7972) AI(7469) 爪哇(7425) MySQL(7132) html(6777) 基礎類(6313) sql(6102) 熊猫(6058) PHP(5869) 数组(5741) R(5409) Linux(5327) 反应(5209) 腳本語言(PerlPython)(5129) 非技術區(4971) Android(4554) 数据框(4311) css(4259) 节点.js(4032) C語言(3288) json(3245) 列表(3129) 扑(3119) C++語言(3117) 安卓(2998) 打字稿(2995) VBA(2789) Java相關(2746) 疑難問題(2699) 细绳(2522) 單片機工控(2479) iOS(2429) ASP.NET(2402) MongoDB(2323) 麻木的(2285) 正则表达式(2254) 字典(2211) 循环(2198) 迅速(2185) 擅长(2169) 镖(2155) 功能(1967) .NET技术(1958) Web開發(1951) python-3.x(1918) HtmlCss(1915) 弹簧靴(1913) C++(1909) xml(1889) PostgreSQL(1872) .NETCore(1853) 谷歌表格(1846) Unity3D(1843) for循环(1842)

熱門瀏覽
  • 面試突擊第一季,第二季,第三季

    第一季必考 https://www.bilibili.com/video/BV1FE411y79Y?from=search&seid=15921726601957489746 第二季分布式 https://www.bilibili.com/video/BV13f4y127ee/?spm_id_fro ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:35:24 more
  • 第三單元作業總結

    1.前言 這應該是本學期最后一次寫作業總結了吧。總體來說,對作業的節奏也差不多掌握了,作業做起來的效率也更高了。雖然和之前的作業一樣,作業中都要用到新的知識,但是相比之前,更加懂得了如何利用工具以及資料。雖然之間卡過殼,但總體而言,這幾次作業還算完成的比較好。 2.作業程序總結 相比前兩個單元,此單 ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:35:41 more
  • 北航OO(2020)第四單元博客作業暨課程總結博客

    北航OO(2020)第四單元博客作業暨課程總結博客 本單元作業的架構設計 在本單元中,由于UML圖具有比較清晰的樹形結構,因此我對其中需要進行查詢操作的元素進行了包裝,在樹的父節點中存盤所有孩子的參考。考慮到性能問題,我采用了快取機制,一次查詢后盡可能快取已經遍歷過的資訊,以減少遍歷次數。 本單元我 ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:35:48 more
  • BUAA_OO_第四單元

    一、UML決議器設計 ? 先看下題目:第四單元實作一個基于JDK 8帶有效性檢查的UML(Unified Modeling Language)類圖,順序圖,狀態圖分析器 MyUmlInteraction,實際上我們要建立一個有向圖模型,UML中的物件(元素)可能與同級元素連接,也可與低級元素相連形成 ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:35:54 more
  • 6.1邏輯運算子

    邏輯運算子 1. && 短路與 運算式1 && 運算式2 01.運算式1為true并且運算式2也為true 整體回傳為true 02.運算式1為false,將不會執行運算式2 整體回傳為false 03.只要有一個運算式為false 整體回傳為false 2. || 短路或 運算式1 || 運算式2 ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:35:56 more
  • BUAAOO 第四單元 & 課程總結

    1. 第四單元:StarUml檔案決議 本單元采用了圖模型決議UML。 UML檔案可以抽象為圖、子圖、邊的邏輯結構。 在實作中,圖的節點包括類、介面、屬性,子圖包括狀態圖、順序圖等。 采用了三次遍歷UML元素的方法建圖,第一遍遍歷建點,第二、三次遍歷設定屬性、連邊,實作圖物件的初始化。這里借鑒了一些 ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:36:06 more
  • 談談我對C# 多型的理解

    面向物件三要素:封裝、繼承、多型。 封裝和繼承,這兩個比較好理解,但要理解多型的話,可就稍微有點難度了。今天,我們就來講講多型的理解。 我們應該經常會看到面試題目:請談談對多型的理解。 其實呢,多型非常簡單,就一句話:呼叫同一種方法產生了不同的結果。 具體實作方式有三種。 一、多載 多載很簡單。 p ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:36:09 more
  • Python 資料驅動工具:DDT

    背景 python 的unittest 沒有自帶資料驅動功能。 所以如果使用unittest,同時又想使用資料驅動,那么就可以使用DDT來完成。 DDT是 “Data-Driven Tests”的縮寫。 資料:http://ddt.readthedocs.io/en/latest/ 使用方法 dd. ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:36:13 more
  • Python里面的xlrd模塊詳解

    那我就一下面積個問題對xlrd模塊進行學習一下: 1.什么是xlrd模塊? 2.為什么使用xlrd模塊? 3.怎樣使用xlrd模塊? 1.什么是xlrd模塊? ?python操作excel主要用到xlrd和xlwt這兩個庫,即xlrd是讀excel,xlwt是寫excel的庫。 今天就先來說一下xl ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:36:28 more
  • 當我們創建HashMap時,底層到底做了什么?

    jdk1.7中的底層實作程序(底層基于陣列+鏈表) 在我們new HashMap()時,底層創建了默認長度為16的一維陣列Entry[ ] table。當我們呼叫map.put(key1,value1)方法向HashMap里添加資料的時候: 首先,呼叫key1所在類的hashCode()計算key1 ......

    uj5u.com 2020-09-10 05:36:38 more
最新发布
  • 【中介者設計模式詳解】C/Java/JS/Go/Python/TS不同語言實作

    * 中介者模式是一種行為型設計模式,它可以用來減少類之間的直接依賴關系,
    * 將物件之間的通信封裝到一個中介者物件中,從而使得各個物件之間的關系更加松散。
    * 在中介者模式中,物件之間不再直接相互互動,而是通過中介者來中轉訊息。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:20:47 more
  • 露天煤礦現場調研和交流案例分享

    他們集團的資訊化公司及研究院在一個礦區正在做智能礦山的統一平臺的 試點,專案投資大概1億,包括了礦山的各方面的內容,顯示得我們這次交流有點多余。他們2年前開始做智能礦山的規劃,有很多煤礦行業專家的加持,他們的描述是非常完美,但是去年底應該上線的平臺,現在還沒有看到影子。他們確實有很多場景需求,但是被... ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:20:25 more
  • 《社區人員管理》實戰案例設計&個人案例分享

    設計是一個讓人夢想成真程序,開始編碼、測驗、除錯之前進行需求分析和架構設計,才能保證關鍵方面都做正確 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:20:17 more
  • 軟體架構生態化-多角色交付的探索實踐

    作為一個技術架構師,不僅僅要緊跟行業技術趨勢,還要結合研發團隊現狀及痛點,探索新的交付方案。在日常中,你是否遇到如下問題 “ 業務需求排期長研發是瓶頸;非研發角色感受不到研發技改提效的變化;引入ISV 團隊又擔心質量和安全,培訓周期長“等等,基于此我們探索了一種新的技術體系及交付方案來解決如上問題。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:20:10 more
  • 【中介者設計模式詳解】C/Java/JS/Go/Python/TS不同語言實作

    * 中介者模式是一種行為型設計模式,它可以用來減少類之間的直接依賴關系,
    * 將物件之間的通信封裝到一個中介者物件中,從而使得各個物件之間的關系更加松散。
    * 在中介者模式中,物件之間不再直接相互互動,而是通過中介者來中轉訊息。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:19:44 more
  • 露天煤礦現場調研和交流案例分享

    他們集團的資訊化公司及研究院在一個礦區正在做智能礦山的統一平臺的 試點,專案投資大概1億,包括了礦山的各方面的內容,顯示得我們這次交流有點多余。他們2年前開始做智能礦山的規劃,有很多煤礦行業專家的加持,他們的描述是非常完美,但是去年底應該上線的平臺,現在還沒有看到影子。他們確實有很多場景需求,但是被... ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:19:07 more
  • 《社區人員管理》實戰案例設計&個人案例分享

    設計是一個讓人夢想成真程序,開始編碼、測驗、除錯之前進行需求分析和架構設計,才能保證關鍵方面都做正確 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:18:57 more
  • 軟體架構生態化-多角色交付的探索實踐

    作為一個技術架構師,不僅僅要緊跟行業技術趨勢,還要結合研發團隊現狀及痛點,探索新的交付方案。在日常中,你是否遇到如下問題 “ 業務需求排期長研發是瓶頸;非研發角色感受不到研發技改提效的變化;引入ISV 團隊又擔心質量和安全,培訓周期長“等等,基于此我們探索了一種新的技術體系及交付方案來解決如上問題。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:18:49 more
  • 05單件模式

    #經典的單件模式 public class Singleton { private static Singleton uniqueInstance; //一個靜態變數持有Singleton類的唯一實體。 // 其他有用的實體變數寫在這里 //構造器宣告為私有,只有Singleton可以實體化這個類! ......

    uj5u.com 2023-04-19 08:42:51 more
  • 【架構與設計】常見微服務分層架構的區別和落地實踐

    軟體工程的方方面面都遵循一個最基本的道理:沒有銀彈,架構分層模型更是如此,每一種都有各自優缺點,所以請根據不同的業務場景,并遵循簡單、可演進這兩個重要的架構原則選擇合適的架構分層模型即可。 ......

    uj5u.com 2023-04-19 08:42:41 more