Endgültige Version

.vscode/settings.json

@@ -0,0 +1,5 @@
+{
+    "files.associations": {
+        "unity.h": "c"
+    }
+}

imageInput.c

@@ -6,17 +6,95 @@
 #define BUFFER_SIZE 100
 #define FILE_HEADER_STRING "__info2_image_file_format__"
 
-// TODO Implementieren Sie geeignete Hilfsfunktionen für das Lesen der Bildserie aus einer Datei
 
 // TODO Vervollständigen Sie die Funktion readImages unter Benutzung Ihrer Hilfsfunktionen
 GrayScaleImageSeries *readImages(const char *path)
 {
-    GrayScaleImageSeries *series = NULL;
+    // Initialisiert einen Zeiger zur struct und reserviert Speicherplatz
+    GrayScaleImageSeries *series = malloc(sizeof(GrayScaleImageSeries));    
+    if(series == NULL){
+        printf("Es ist nicht genügend Speicher übrig");
+        return NULL;
+    }
 
+    FILE * data = fopen(path, "rb");
+    if (data == NULL){
+        printf("Die Datei konnte nicht gelesen werden");
+        return NULL;
+    }
+
+    // Überprüfung, ob die Datei einen Header hat
+    char header[BUFFER_SIZE];
+    fread(header, strlen(FILE_HEADER_STRING), 1, data);
+    header[strlen(FILE_HEADER_STRING)] ='\0';
+    if(strncmp(header, FILE_HEADER_STRING, strlen(FILE_HEADER_STRING) )!= 0){
+        printf("Die Datei hat keinen Header");
+        fclose(data);
+        return NULL;
+    }
+    //liest die Anzahl der Bilder aus
+    fread(&series->count, sizeof(unsigned short),1, data);
+    series->images = malloc(series->count * sizeof(GrayScaleImage));
+    if (series->images == NULL){
+        printf("Es ist nicht genügend Speicher übrig");
+        fclose(data);
+        return NULL;
+    }
+
+    //liest die Höhe und Breite der Bilder aus
+    unsigned short height = 0, width = 0;
+    fread(&width, sizeof(unsigned short), 1, data);
+    fread(&height, sizeof(unsigned short), 1, data);
+    
+    //reserviert Speicher für die Labels, die aber erst nach jedem Bild eingelesen werden
+    series->labels = malloc(sizeof(unsigned char) * series->count);
+    if (series->labels == NULL){
+        printf("Es ist nicht genügend Speicher übrig");
+        free(series->images);
+        fclose(data);
+        return NULL;
+    }
+    
+    //liest jedes Bild einzeln aus und speichert es in images
+    for(int counter_picture = 0 ; counter_picture < series->count; counter_picture++){
+        
+        // für jedes Bild muss vorher eine Größe festgelegt werden, die jedoch in diesem Fall immer gleich ist
+        series->images[counter_picture].width = width;
+        series->images[counter_picture].height =height;
+        unsigned int size_picture = height * width;
+
+        //reservieren des Speichers für Buffer, der die einzelnen Pixels speichert
+        series->images[counter_picture].buffer = malloc(size_picture* sizeof(GrayScalePixelType));
+        if (series->images[counter_picture].buffer == NULL){
+            printf("Es ist nicht genügend Speicher übrig");
+            free(series->images);
+            free(series);
+            fclose(data);
+            return NULL;
+        }
+
+        //einlesen der einzelnen Pixel in buffer
+        for(int counter_pixels = 0; counter_pixels < size_picture; counter_pixels++){
+            fread(&series->images[counter_picture].buffer[counter_pixels], sizeof(unsigned char), 1, data);
+        } 
+        
+        //einlesen der Labels
+        fread(&series->labels[counter_picture], sizeof(unsigned char), 1, data);        
+        
+    }
+
+    fclose(data);
     return series;
 }
 
 // TODO Vervollständigen Sie die Funktion clearSeries, welche eine Bildserie vollständig aus dem Speicher freigibt
 void clearSeries(GrayScaleImageSeries *series)
 {
+    //erst den Speicherplatz der Pixel freigeben
+    for(int number= 0; number < series->count; number++){
+        free(series->images[number].buffer);
+    }
+    // dann die Bilder freigeben
+    free(series-> images);
+    free(series);
 }

matrix.c

@@ -6,20 +6,18 @@
 
 Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols)
 {
+    Matrix matrix = {NULL, 0, 0};
 
-    Matrix m = {NULL, rows, cols}; // Wahrscheinlich in Programm bereits enthalten;
+    if (rows == 0 || cols == 0)
+        return matrix;   //gibt leere Matrix zurück
 
-    if (rows > 0 && cols > 0)
+    matrix.buffer = (MatrixType *)calloc(rows * cols, sizeof(MatrixType));
-    {
+    if (matrix.buffer == NULL) //auf verfügbaren Speicherplatz prüfen
-        m.buffer = (MatrixType *)calloc(rows * cols, sizeof(MatrixType));
+        return matrix;
-        if (m.buffer == NULL)
-        {
-            m.rows = 0;
-            m.cols = 0;
-        }
-    }
 
-    return m;
+    matrix.rows = rows;  
+    matrix.cols = cols;
+    return matrix;   //Matrix zurückgeben
 }
 
 void clearMatrix(Matrix *matrix)
@@ -27,18 +25,18 @@ void clearMatrix(Matrix *matrix)
 
     if (matrix != NULL)
     {
-        free(matrix->buffer);
+        free(matrix->buffer);   //Speicherplatz bereinigen
-        matrix->buffer = NULL;
+        matrix->buffer = NULL;  //Werte auf 0 setzen
         matrix->rows = 0;
         matrix->cols = 0;
     }
 }
 
 void setMatrixAt(MatrixType value, Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx) 
-// Matrix matrix zu Matrix *matrix, empfehlung
 {
-    if (rowIdx < matrix.rows && colIdx < matrix.cols && matrix.buffer != NULL)
+    if (rowIdx < matrix.rows && colIdx < matrix.cols && matrix.buffer != NULL) //Prüft ob Zugriff möglich
         matrix.buffer[rowIdx * matrix.cols + colIdx] = value; 
+        //schreibt 2D element in 1D Liste: Element_Reihe*Matrix_Spalten + Element_Spalte
 }
 
 MatrixType getMatrixAt(const Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
@@ -49,53 +47,77 @@ MatrixType getMatrixAt(const Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int co
 }
 
 // TODO: Funktionen implementieren
-
 Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
-    // test, if two matrix has exact size
+    //  immer Probe, gleiche Zeilen der Matrizen
-
+    // "Elementweise Addition": Probe, ob matrix gleiche größe hat
-    if (matrix1.rows != matrix2.rows || matrix1.cols != matrix2.cols)
+    if (matrix1.rows == matrix2.rows && matrix1.cols == matrix2.cols)
-        return createMatrix(0, 0);
+    {
-
         Matrix result_add = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
-
         for (int r = 0; r < matrix1.rows; r++)
         {
             for (int c = 0; c < matrix1.cols; c++)
             {
-            // TODO: matrix_add initialisieren
+                // first version: matrix_add[r][c] = matrix1[r][c] + matrix2[r][c]
-            // matrix_add[r][c] = matrix1[r][c] + matrix2[r][c]
-
                 MatrixType sum = getMatrixAt(matrix1, r, c) + getMatrixAt(matrix2, r, c);
-            setMatrixAt(sum, result_add, r, c); // evtl re
+                setMatrixAt(sum, result_add, r, c);
             }
         }
         return result_add;
+    }
+    // "Broadcasting": matrix1 hat 1 Spalte
+    if (matrix1.rows == matrix2.rows && matrix1.cols == 1)
+    {
+        Matrix result_add = createMatrix(matrix1.rows, matrix2.cols);
+        for (int r = 0; r < matrix1.rows; r++)
+        {
+            for (int c = 0; c < matrix2.cols; c++)
+            {
+                MatrixType sum = getMatrixAt(matrix2, r, c) + getMatrixAt(matrix1, r, 0);
+                setMatrixAt(sum, result_add, r, c);
+            }
+        }
+        return result_add;
+    }
+    // "Broadcasting": matrix2 hat 1 Spalte
+    if (matrix1.rows == matrix2.rows && matrix2.cols == 1)
+    {
+        Matrix result_add = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
+        for (int r = 0; r < matrix1.rows; r++)
+        {
+            for (int c = 0; c < matrix1.cols; c++)
+            {
+                MatrixType sum = getMatrixAt(matrix1, r, c) + getMatrixAt(matrix2, r, 0);
+                setMatrixAt(sum, result_add, r, c);
+            }
+        }
+        return result_add;
+    }
+
+    return createMatrix(0, 0);
 }
 
 Matrix multiply(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
-    // Needed: rows/Zeilen, collums/Spalten
     MatrixType buffer_add;
-    // Probe ob Spalten1 = Zeilen2
+    
-    if (matrix1.cols != matrix2.rows)
+    if (!matrix1.buffer || !matrix2.buffer) // Probe ob leere Matrize vorliegt 
+        return createMatrix(0, 0);
+    if (matrix1.cols != matrix2.rows) // Probe ob Spalten1 = Zeilen2
         return createMatrix(0, 0);
 
-    Matrix result_mul = createMatrix(matrix1.rows, matrix2.cols); // ""
+    Matrix result_mul = createMatrix(matrix1.rows, matrix2.cols);
 
-    for (int index = 0; index < matrix1.rows; index++)
+    for (unsigned int index = 0; index < matrix1.rows; index++)
     {
-        for (int shift = 0; shift < matrix2.cols; shift++)
+        for (unsigned int shift = 0; shift < matrix2.cols; shift++)
         {
             buffer_add = 0;
-            for (int skalar = 0; skalar < matrix1.cols; skalar++)
+            for (unsigned int skalar = 0; skalar < matrix1.cols; skalar++)
-            // TODO: matrix_add initialisieren
             {
-                // buffer_add += matrix1[index][skalar]*matrix2[skalar][index];
                 buffer_add += getMatrixAt(matrix1, index, skalar) * getMatrixAt(matrix2, skalar, shift);
             }
-            // matrix_mul[index][shift] = buffer_add;
+            setMatrixAt(buffer_add, result_mul, index, shift);
-            setMatrixAt(buffer_add, result_mul, index, shift); // result als Pointer, also mit &result
         }
     }
     return result_mul;

neuralNetworkTests.c

@@ -8,7 +8,52 @@
 
 static void prepareNeuralNetworkFile(const char *path, const NeuralNetwork nn)
 {
-    // TODO
+    // TODO : Fehlerbehandlung
+    // Öffne die Datei zum Schreiben im Binärmodus
+  FILE *file = fopen(path, "wb");
+    if (!file) return;
+
+    // Schreibe den Datei-Tag
+    const char *tag = "__info2_neural_network_file_format__";
+    fwrite(tag, 1, strlen(tag), file);
+
+    // Überprüfe, ob Layer vorhanden sind
+    if (nn.numberOfLayers == 0) 
+    {
+        fclose(file);
+        return;
+    }  
+
+    // Schreibe die Eingabe- und Ausgabegrößen des Netzwerks
+    int input  = nn.layers[0].weights.cols;
+    int output = nn.layers[0].weights.rows;
+
+    fwrite(&input,  sizeof(int), 1, file);
+    fwrite(&output, sizeof(int), 1, file);
+
+    // Schreibe die Layer-Daten
+    for (int i = 0; i < nn.numberOfLayers; i++)
+    {
+        const Layer *layer = &nn.layers[i];
+        int out = layer->weights.rows;
+        int in  = layer->weights.cols;
+
+        fwrite(layer->weights.buffer, sizeof(MatrixType), out * in, file);
+
+        
+        fwrite(layer->biases.buffer, sizeof(MatrixType), out * 1, file);
+
+        if (i + 1 < nn.numberOfLayers)
+        {
+            int nextOut = nn.layers[i + 1].weights.rows;
+            fwrite(&nextOut, sizeof(int), 1, file);
+        }
+    }
+
+    fclose(file);
+
+   
+
 }
 
 void test_loadModelReturnsCorrectNumberOfLayers(void)