Flood Fill 算法

目录

介绍

概念

参数

实现方式

四邻域填充

dfs实现

bfs实现

八邻域填充

dfs实现

bfs实现

 扫描线算法

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--------------------------------------------------华丽的分割线------------------------------------------------------------

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介绍

概念

Flood Fill算法，又称洪水填充，泛洪算法

其思想是：从一个种子点开始，将与其连通（可达且颜色相同/相近）的点全部染上另外一种颜色，直到所有可达节点都被染色为止。

参数

flood fill需要三个参数：待填充图像，起点，新颜色

实现方式

flood fill常用的有：四邻域flood fill，八邻域flood fill，扫描线算法

其按实现方式又可分为：递归实现（dfs），队列实现（bfs)，栈实现

因为自己太菜篇幅有限，本篇只介绍dfs和bfs实现

四邻域填充

四邻域填充的思想是：给定一个点，将该点染色后，将其周围上下左右四个点进行染色（要染色的点颜色须和起点颜色相同/相近）

dfs实现

#include
using namespace std;
const int N = 145;
int image[N][N];
int n, m;
int dir[4][2] = { -1,0,0,1,1,0,0,-1 };
// 检查(x,y)是否可达
bool check(int x, int y, int old_color, int new_color) {
	return x >= 0 && x < n && y >= 0 && y < m && image[x][y] == old_color && image[x][y] != new_color;
}
void flood_fill(int x, int y, int old_color, int new_color) {
	if (old_color == new_color) return;  // 没有这个条件，在old_color和new_color相同时会无限递归
	image[x][y] = new_color;  //填充当前点
	for (int i = 0; i < 4; i++) {  // 遍历四个方向
		int nx = x + dir[i][0], ny = y + dir[i][1];
		if (check(nx, ny, old_color, new_color)) flood_fill(nx, ny, old_color, new_color);
	}
}
 
int main() {
	// 输入n*m的图像
	cin >> n >> m;
	for (int i = 0; i < n; i++)
		for (int j = 0; j < m; j++) cin >> image[i][j];
	// 输入起点和新颜色
	int sx, sy, new_color;
	cin >> sx >> sy >> new_color;
	// 洪水填充
	flood_fill(sx, sy, image[sx][sy], new_color);
	// 输出图像
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		for (int j = 0; j < m; j++) cout << image[i][j] << " ";
		cout << endl;
	}
	return 0;
}

然而，使用dfs有一个致命缺陷：如果图像很大，填充时可能发生栈溢出。

bfs实现

#include
#include
using namespace std;
const int N = 145;
int image[N][N];
int n, m;
int dir[4][2] = { -1,0,0,1,1,0,0,-1 };
struct node {
	int x, y;
	node(int x, int y): x(x), y(y){}
};
queue q;
// 检查(x,y)是否可达
bool check(int x, int y, int old_color, int new_color) {
	return x >= 0 && x < n && y >= 0 && y < m && image[x][y] == old_color && image[x][y] != new_color;
}
// 给点(x,y)染色
void stain(int x, int y, int color) {
	q.emplace(x, y);
	image[x][y] = color;
}
// start表示起点，new_color表示新颜色
void flood_fill(node start, int new_color) {
	int sx = start.x, sy = start.y;
	int old_color = image[sx][sy];
	stain(sx, sy, new_color);
	while (q.size()) {
		node t = q.front();
		q.pop();
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			int nx = t.x + dir[i][0], ny = t.y + dir[i][1];
			if (check(nx, ny, old_color, new_color)) stain(nx, ny, new_color);
		}
	}
}
 
int main() {
	// 输入n*m的图像
	cin >> n >> m;
	for (int i = 0; i < n; i++)
		for (int j = 0; j < m; j++) cin >> image[i][j];
	// 输入起点和新颜色
	int sx, sy, new_color;
	cin >> sx >> sy >> new_color;
	// 洪水填充
	flood_fill(node(sx, sy), new_color);
	// 输出图像
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		for (int j = 0; j < m; j++) cout << image[i][j] << " ";
		cout << endl;
	}
	return 0;
}

八邻域填充

八邻域填充和四邻域填充类似，不过从一个点可以扩展到周围八个方向：上，下，左，右，左上，左下，右上，右下

dfs实现

#include
using namespace std;
const int N = 145;
int image[N][N];
int n, m;
int dir[8][2] = {
	{-1, -1},
	{-1, 0},
	{-1, 1},
	{0, -1},
	{0, 1},
	{1, -1},
	{1, 0},
	{1, 1}
};
// 检查(x,y)是否可达
bool check(int x, int y, int old_color, int new_color) {
	return x >= 0 && x < n&& y >= 0 && y < m&& image[x][y] == old_color && image[x][y] != new_color;
}
void flood_fill(int x, int y, int old_color, int new_color) {
	if (old_color == new_color) return;  // 没有这个条件，在old_color和new_color相同时会无限递归
	image[x][y] = new_color;  //填充当前点
	for (int i = 0; i < 8; i++) {  // 遍历四个方向
		int nx = x + dir[i][0], ny = y + dir[i][1];
		if (check(nx, ny, old_color, new_color)) flood_fill(nx, ny, old_color, new_color);
	}
}
 
int main() {
	// 输入n*m的图像
	cin >> n >> m;
	for (int i = 0; i < n; i++)
		for (int j = 0; j < m; j++) cin >> image[i][j];
	// 输入起点和新颜色
	int sx, sy, new_color;
	cin >> sx >> sy >> new_color;
	// 洪水填充
	flood_fill(sx, sy, image[sx][sy], new_color);
	// 输出图像
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		for (int j = 0; j < m; j++) cout << image[i][j] << " ";
		cout << endl;
	}
	return 0;
}

bfs实现

#include
#include
using namespace std;
const int N = 145;
int image[N][N];
int n, m;
int dir[8][2] = {
	{-1, -1},
	{-1, 0},
	{-1, 1},
	{0, -1},
	{0, 1},
	{1, -1},
	{1, 0},
	{1, 1}
};
struct node {
	int x, y;
	node(int x, int y) : x(x), y(y) {}
};
queue q;
// 检查(x,y)是否可达
bool check(int x, int y, int old_color, int new_color) {
	return x >= 0 && x < n&& y >= 0 && y < m&& image[x][y] == old_color && image[x][y] != new_color;
}
// 给点(x,y)染色
void stain(int x, int y, int color) {
	q.emplace(x, y);
	image[x][y] = color;
}
// start表示起点，new_color表示新颜色
void flood_fill(node start, int new_color) {
	int sx = start.x, sy = start.y;
	int old_color = image[sx][sy];
	stain(sx, sy, new_color);
	while (q.size()) {
		node t = q.front();
		q.pop();
		for (int i = 0; i < 8; i++) {
			int nx = t.x + dir[i][0], ny = t.y + dir[i][1];
			if (check(nx, ny, old_color, new_color)) stain(nx, ny, new_color);
		}
	}
}
 
int main() {
	// 输入n*m的图像
	cin >> n >> m;
	for (int i = 0; i < n; i++)
		for (int j = 0; j < m; j++) cin >> image[i][j];
	// 输入起点和新颜色
	int sx, sy, new_color;
	cin >> sx >> sy >> new_color;
	// 洪水填充
	flood_fill(node(sx, sy), new_color);
	// 输出图像
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		for (int j = 0; j < m; j++) cout << image[i][j] << " ";
		cout << endl;
	}
	return 0;
}

 扫描线算法

限于篇幅和作者能力，本篇不解释