Гильберт-кривизна матрицы


19

Вдохновленный этим вопросом

Другой способ развернуть двумерное изображение в одномерную строку - использовать кривую Гильберта.

Существует много версий этой кривой, в зависимости от количества итераций, используемых при ее вычислении. Ниже приведен пример Кривых Гильберта от первого до пятого порядка.

введите описание изображения здесь

Способ вычисления этой кривой заключается в следующем. Сначала мы определяем кривую Гильберта первого порядка, как показано на рисунке (для n = 1), чтобы она помещалась в квадрат 1x1. Затем мы делаем четыре копии этой кривой, располагая их в квадрате 4x4, чтобы они все представляли «вогнутость» в левой части. Затем мы переворачиваем две крайние левые кривые порядка 1, чтобы верхняя вогнутость была обращена к вершине, а нижняя - к нижней. Наконец, мы соединяем углы соседних кривых Гильберта. Если вы хотите получить кривую (n + 1) -порядка, нам просто нужно повторить процесс с четырьмя кривыми n-го порядка. Мы можем увидеть визуализацию процесса здесь (я также добавлю изображение, детализирующее процесс в ближайшее время)

Ваша задача в этой задаче - развернуть матрицу целых чисел вдоль кривой Гильберта самого низкого порядка для этой матрицы.

Для простоты у нас будет кривая, начинающаяся с верхнего левого угла матрицы.

Вы можете получить входные данные в виде списка целых чисел, где каждый подсписок представляет строку матрицы.

Вы можете предположить, что на входе будет квадратная матрица (n * n).

Например:

Входные данные:

[[ 1, 2,]
 [ 3, 4 ]]

Выход:

[ 1, 2, 4, 3 ]

Поскольку мы используем кривую Гильберта первого порядка, показанную на рисунке

Входные данные:

[[ 1, 2, 3, 4,    ]
 [ 5, 6, 7, 8,    ]
 [ 9, 10, 11, 12, ]
 [ 13, 14, 15, 16 ]]

Выход:

[ 1, 5, 6, 2, 3, 4, 8, 7, 11, 12, 16, 15, 14, 10, 9, 13 ]

Использование кривой Гильберта второго порядка

Как обычно, стандартные лазейки не допускаются.

Это код-гольф, поэтому выигрывает самый короткий ответ в байтах.



@StewieGriffin уверен, я нахожусь на этом
WizardOfMenlo

1
@StewieGriffin Я добавил краткое резюме, я сделаю более тщательную работу в течение следующего часа или около того, после окончания уроков
WizardOfMenlo

Матрица должна быть не только квадратной, но и n должна быть степенью 2.
mbomb007

Ответы:


5

MATL , 86 85 байт

Это решение основано на записи обмена файлами Джонаса Лундгрена, которая использует комплексные числа для генерации кривой Гильберта. Эти комплексные числа затем преобразуются в значения индекса, чтобы извлечь элементы матрицы, которые попадают вдоль кривой.

nZl2/1XLJQXH1J-XI0,1L:"XJJZj1j*XKKH-JI-JH+IK-,4$h2/]XJJ1L*XJJH+J1)-XHGHXjHYj3$)1$Xd1$

Попробуйте онлайн!

объяснение

%--- Define some numbers to be used throughout ---%
n                   % Retrieve the number of elements in the input matrix
Zl2/                % Compute the order of the curve (log2(numel(i))/2)
1XL                 % Store the order in the 1L clipboard
JQ XH               % Store 1 + j in H clipboard
1J- XI              % Store 1 - j in I clipboard
0                   % Place 0 onto the stack

%--- Compute the hilbert curve ---%
1L:"                % For k = 1:order
    XJ                   % Store the top of the stack (z) in J clipboard
    JZj                  % Compute the conjugate of z (stored in J)
    1j*                  % Multiply by j to get conj(z) * j
    XK                   % Store result in K clipboard
    KH- JI- JH+ IK- 4$h  % Horizontal concatenation of K-H, J-I, J+H, and I-K
    2/                   % Divide entire array by 2
]                   % End for loop
XJ                  % Store z in J clipboard

%----- Convert complex decimal values to complex integer indices ----%
J1L*                % Multiply z by the order
XJ                  % Store result in clipboard J
JH+                 % Add 1 + j to H
J1)-                % Subtract the first element of z
XH                  % Store integer complex numbers in H

%--- Retrieve the elements from the input along the curve ---%  
G HXj HYj 3$)       % Index into input using real/imag components input(real, imag)
                    % This will yield an numel(real) x numel(imag) matrix where 
            % the diagonal values are the values we want
1$Xd                % Extract the diagonals using diag with one input
1$                   % Display only the top element on the stack

@DonMuesli Я работаю над лучшим способом справиться с этим. Это определенно далеко не элегантно! Спасибо за указатели. Обновлено!
Suever

Я не изучал этот конкретный вызов. Иногда нельзя избежать буфера обмена
Луис Мендо

5

APL (Dyalog Unicode) , 41 байт SBCS

Сохранено 30 байтов (!) Благодаря советам мудрости APL Orchard, особенно @ngn и @ Sherlock9.

{0::⍵⋄∊∇¨⌽∘⊖¨@4,⌽@1⊢∘⍉\⌽↑∘⍵¨∘.,⍨2 ¯2÷⍨≢⍵}

Попробуйте онлайн!

Объяснение следующим образом:

{0::⍵⋄∊∇¨⌽∘⊖¨@4,⌽@1⊢∘⍉\⌽↑∘⍵¨∘.,⍨2 ¯2÷⍨≢⍵}  Recursive function - takes input as an
                                           n*n square matrix
 0::⍵                                      Our base case - this is an error guard
                                           If there's any error, catch it and
                                          ⍝ return the function's input
                                      ≢⍵   Find the number of rows in the input
                                2 ¯2÷⍨     Divide the above by 2 and negative 2,
                                           resulting in a 2-element vector
                            ∘.,⍨           Outer product - take the above vector and
                                           apply concatenation (,) with each element
                                           against all elements in the vector. Since
                                           we have a 2-element vector, this results in
                                           a 2-by-2 matrix, e.g.
                                           [[(2,2),(22)],[(¯2,2),(¯22)]]
                        ↑∘⍵¨               For each element in the matrix, we apply
                                           "take" against our original input matrix.
                                           Take, given a negative number, will take
                                           elements from the end of a particular rank.
                                           With our argument above, this means that we end
                                           up with our original original input matrix
                                           split by quadrant into a 2-by-2 matrix.
                                           It is also worth noting that take expects
                                           an integer argument, so for matrices whose
                                           rowcount divided by two results in a decimal
                                           (i.e., 1-by-1 matrices), we throw an error
                                           which is caught by the guard above, returning
                                           the original input.
                                          Flip the above matrix about the vertical axis.
                   ⊢∘⍉\                    Apply a "monadic transpose scan". More details
                                           on how this works below, but for our purposes
                                           this applies transpose to each of the two 
                                           sub-matrices on the right half.
                ⌽@1                        Swap the two upper sub-matrices. Given our
                                           flip for the overall matrix above, this returns
                                           the two upper quadrants to their original
                                           positions.
               ,                           Ravel: flatten the 2-by-2 matrix into a
                                           4-element vector
         ⌽∘⊖¨@4                            Take the last element of the list (the lower
                                           right quadrant originally) and flip it
                                           along the vertical and horizontal axes. Given
                                           the transposition above, this has the final
                                           effect of transposition along the antidiagonal.
       ∇¨                                  For each element in the above vector, recurse.
                                          Recursively flatten the results into a single
                                           vector.

Подробнее о " монаданных транспонировании ".

Дьялог документация на охрану ошибок .


3

Mathcad, 302 байта

Приведенная ниже программа Mathcad основана на программе Python @ Sherlock9. Он отличается тем, что изгибает прямоугольные матрицы, игнорируя те части кривой Гильберта, которые лежат за пределами границ матрицы. Обратите внимание, что поскольку Mathcad имеет относительно плохую обработку строк, я сопоставил символы Lindenmayer с целыми числами в функции Гильберта.

введите описание изображения здесь

Mathcad работает через 2D-интерфейс, который позволяет пользователю размещать (и свободно смешивать) математические выражения, графики, текст, входные и выходные данные. Я приравнял байт к минимальной эквивалентной операции клавиатуры пользователя для создания символа (например, оператор определения (: =) вводится простым вводом:.


3

Python 3, 327 289 275 271 239 234 байта

Это решение я изменил из своего ответа на другой вопрос о кривой Гильберта здесь . Любые советы по гольфу приветствуются.

Изменить: Изменено, как gувеличивается и уменьшается. Теперь с помощью eval()и str.translate. Больше не использую l=len(s).

def h(s):
 t=[s[0][0]];x=y=g=0;b="A"
 for j in range(len(bin(len(s)))-3):b=b.translate({65:"-BF+AFA+FB-",66:"+AF-BFB-FA+"})
 for c in b:g+=(c<"-")-(c=="-");a=c>"B";x,y=[[x,y],[[x+1-g%4,y],[x,y+g%4-2]][g%2]][a];t+=[s[x][y]]*a
 return t

Ungolfed:

# the following function is implemented in the code with b=b.translate

def hilbert(it):
    s="A"
    n=""
    for i in range(it):
        for c in s:
            if c == "A":
                n += "-BF+AFA+FB-"
            elif c == "B":
                n += "+AF-BFB-FA+"
            else:
                n += c
        s=n;n=""
    return s

def matrix_to_hilbert(mat):
    length = len(mat)       # this returns the number of rows in the matrix
    if length < 2:
        return mat
    it = len(bin(length)) - 3
    hil = hilbert(it)
    output = [mat[0][0]]    # a list that starts with the first element of the matrix
    x = 0
    y = 0
    heading = 0
    for char in hil:        # navigating the Hilbert curve
        if char == "-": heading += -1
        elif char == "+": heading += 1
        elif char == "F":
            if heading % 4 == 3: y += 1
            elif heading % 4 == 2: x -= 1
            elif heading % 4 == 1: y -= 1
            else: x += 1
            output.append(mat[x][y])
    return output

2

Вольфрам - 233

Основываясь на представлении в системе Lindenmayer :

f[m_]:=m[[Sequence@@Reverse[#+1]]]&/@DeleteDuplicates@AnglePath[Pi/2,List@@StringReplace[Last@SubstitutionSystem[{"A"->"-BF+AFA+FB-","B"->"+AF-BFB-FA+"},"A",Round@Sqrt@Length@m],{"A"|"B"->"","-"->{0,-Pi/2},"+"->{0,Pi/2},"F"->{1,0}}]]

Не могли бы вы опубликовать несколько скриншотов, чтобы он работал, для пользователей, у которых нет Mathematica?
WizardOfMenlo

2
"Wolfram" отличается от Mathematica? Если нет, его следует назвать Mathematica.
mbomb007

@WizardOfMenlo Здесь это работает онлайн
swish

@swish Думаю, вам нужно изменить разрешение веб-приложения, оно, похоже, заблокировано
WizardOfMenlo

@ mbomb007 Wolfram - это название языка , Mathematica похожа на IDE.
swish

1

Рубин, 224 221 216 байт

Этот ответ основан на моем ответе Python .

->s{t=[s[0][0]];x=y=g=0;b=?A;(s.size.bit_length-1).times{b=b.split("").map{|c|c==?A?"-BF+AFA+FB-":c==?B?"+AF-BFB-FA+":c}.join("")};b.each_char{|c|g+=c==?-?-1:c==?+?1:0;(g%2>0?y+=g%4-2:x+=1-g%4;t<<s[x][y])if c==?F};t}

Ungolfing:

def hilbert(mat)
  result = mat[0][0]
  x = 0
  y = 0
  heading = 0
  b = "A"
  (mat.size.bit_length-1).times do each |j| # Hilbert curve using a Lindenmayer system
    a = b.split("").map do |char|
      if char == "A"
        "-BF+AFA+FB-"
      else if char == "B"
        "+AF-BFB-FA+"
      else
        char
      end
    end
    b = a.join("")
  end
  b.each_char do |char| # navigating the matrix
    if char == "-"
      heading += -1
    else if char == "+"
      heading += 1
    else if char == "F"
      if heading % 2 == 0
        y += heading % 4 - 2
      else
        x += 1 - heading % 4
      end
      result << s[x][y]
    end
  return result
  end

1

CJam, 60

Lq~:A,2mL{:B1f^0B1B2B3f^]:+}*1+{AT=U=\2md'U^_~)@2*-':@+~;}%p

Попробуйте онлайн

Объяснение:

Я строю фрактал как последовательность направлений движения: 0 = вправо, 1 = вниз, 2 = влево, 3 = вверх.

L          push an empty array (level 0 fractal)
q~:A       read the input, evaluate and store in A
,2mL       get the length (number of rows) and calculate the logarithm in base 2
            (to get the desired level)
{…}*       repeat <level> times
  :B       store the previous-level fractal in B
  1f^      XOR it with 1 (top-left part)
  0        (move right)
  B        copy the fractal (top right part)
  1        (move down)
  B        copy the fractal (bottom right part)
  2        (move left)
  B3f^     copy the fractal and XOR it with 3 (bottom left part)
  ]:+      put everything in an array and concatenate the parts
1+         add a dummy move (needed for the last step)
{…}%       apply to each direction in the array
  AT=U=    push A[T][U] (T and U are initially 0)
  \2md     bring the direction to the top and get the quotient and remainder mod 2
  'U^      XOR the 'U' character with the remainder,
            to get the variable we want to modify
  _~)      make a copy of it, then evaluate it and increment
  @2*-     bring the quotient to the top, multiply by 2 and subtract
  ':@+     concatenate ':' with the variable name
  ~;       evaluate (this updates the variable) and pop the result
p          pretty-print the resulting array
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.