【數據結構】【計算機視覺】並查集(disjoint set)結構介紹

1.簡述 

       在實現多圖像無序輸入的拼接中，咱們先使用surf算法對任意兩幅圖像進行特徵點匹配，每對圖像的匹配都有一個置信度confidence參數，來衡量兩幅圖匹配的可信度，當confidence>conf_threshold，咱們就認爲這兩幅圖能夠拼接，屬於一個全景拼接的集合，而後擴展這個集合就能夠肯定最大的可拼接集合，排除一些無效的圖像，而後進行後續的拼接。

      並查集的定義就是並查集是一種樹型的數據結構，用於處理一些不相交集合（Disjoint Sets）的合併及查詢問題。即將屬於相同集合的元素合併起來，中間須要查找某個元素屬於哪一個集合，而後須要將兩個元素或者集合進行合併處理。

   2.結構體及函數定義

     下面咱們介紹opencv_stitching中使用的互斥集結構和函數的定義

 class  DisjointSets
 {
 public:
     //互斥集初始化，元素個數是elem_count
     DisjointSets(int elem_count = 0) { createOneElemSets(elem_count); }


     void createOneElemSets(int elem_count);//建立互斥集
     int findSetByElem(int elem);//查找元素所屬的集合
     int mergeSets(int set1, int set2);//合併兩個集合


     std::vector<int> parent;//元素所屬集合 parent[elem] = set ,元素elem的集合是set
     std::vector<int> size;//集合的包含的元素個數 size[set] = set_size,集合set的元素數是set_size

 private:
     std::vector<int> rank_;//rank_[set] = rank,集合set標記
 };

 /************************************************************************/
 /*
   建立一個互斥集，尺寸爲n
   %參數 int n，輸入互斥集的尺寸
 */
 /************************************************************************/
 void DisjointSets::createOneElemSets(int n)
 {
     rank_.assign(n, 0);//設置rank_長度爲n，初始值爲0
     size.assign(n, 1);//設置size長度爲n，初始值爲1
     parent.resize(n);//設置parent的長度爲n
     for (int i = 0; i < n; ++i)
         parent[i] = i;//parent[elem] = set,初始化每一個元素所在的集合
 }

 /************************************************************************/
 /*
    查找元素所在的集合
    %參數int elem  輸入元素
 */
 /************************************************************************/
 int DisjointSets::findSetByElem(int elem)
 {
     //因爲互斥集也是樹形結構，因此須要向上遞歸到根節點，即元素所屬的最終集合
     int set = elem;
     while (set != parent[set])//若是元素的值與所屬集合的值不相同，說明元素是通過集合合併過的，因此要繼續向上遞歸
         set = parent[set];
     int next;
     while (elem != parent[elem])//將以前全部的遞歸過的元素的集合全改爲最終的根節點集合
     {
         next = parent[elem];
         parent[elem] = set;
         elem = next;
     }
     return set;
 }

 /************************************************************************/
 /*
     合併兩個集合
     %參數int set1，int set2 兩個集合set1和set2
 */
 /************************************************************************/
 int DisjointSets::mergeSets(int set1, int set2)
 {
     //比較兩個集合的rank_，將rank_值小的集合合併到值大的集合中
     if (rank_[set1] < rank_[set2])
     {
         parent[set1] = set2;
         size[set2] += size[set1];
         return set2;
     }
     if (rank_[set2] < rank_[set1])
     {
         parent[set2] = set1;
         size[set1] += size[set2];
         return set1;
     }
     //若是rank_相等，則默認將set1合併到set2中，set2的rank_值+1
     parent[set1] = set2;
     rank_[set2]++;
     size[set2] += size[set1];
     return set2;
 }

  模擬程序：

 #include "astdio.h"
 #include "disjointset.h"

 #define  conf_threshold 90
 #define  num_images 10


 void main()
 {
     int max_comp = 0;
     int max_size = 0;
     vector<int> confident(num_images*num_images);
     DisjointSets comps(num_images);
     //使用隨機數模擬多幅圖像中每一個圖像相互匹配的置信度(0-100)
     //另外1與2的匹配置信度和2與1的置信度咱們默認相同（實際中是不相同的）
     srand((unsigned)time(NULL));
     for (int i  = 0;i<num_images;i++)
     {
         cout<<endl;
         for (int j = 0;j<num_images;j++)
         {
             if (!confident[i*num_images+j])
             {
                 confident[i*num_images+j] = rand()%100;
                 confident[j*num_images+i] = confident[i*num_images+j];
             }

             if (i == j)
             {
                 confident[i*num_images+j] = 100;
             }
             cout<<"   "<<confident[i*num_images+j];
         }
     }
     //根據兩幅圖匹配置信度是否大於conf_threshold來決定是否屬於一個全景集合
     for (int i = 0; i < num_images; ++i)
     {
         for (int j = 0; j < num_images; ++j)
         {

             if (confident[i*num_images + j] < conf_threshold)
                 continue;
             int comp1 = comps.findSetByElem(i);
             int comp2 = comps.findSetByElem(j);
             if (comp1 != comp2)
                 comps.mergeSets(comp1, comp2);
         }
     }
     //找出包含圖片最多的全景集合
     for (int i = 0;i< num_images;i++)
     {
         if (i == 0)
         {
             max_comp = 0;
             max_size = comps.size[i];
         }
         else if(comps.size[i]>max_size)
         {
             max_comp = i;
             max_size = comps.size[i];
         }
     }
     //將該集合中的元素打印出來
     cout<<endl<<"images in the max_comp:"<<endl;
     int j = 0;
     for (int i = 0;i<num_images;i++)
     {
         if (comps.findSetByElem(i) == max_comp)
         {
             cout<<++j<<":  "<< i<<endl;
         }
     }
     while(1);

 }

輸出結果：