Kommentare angepasst

imageInput.c

@@ -2,21 +2,227 @@
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include "imageInput.h"
-
+ 
 #define BUFFER_SIZE 100
 #define FILE_HEADER_STRING "__info2_image_file_format__"
-
+#define HEADER_LEN (sizeof(FILE_HEADER_STRING) - 1) //-1, um \0 Character rauszufiltern
+ 
 // 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)
+
+static FILE *openImageFile(const char *path)
 {
-    GrayScaleImageSeries *series = NULL;
     
+    return fopen(path, "rb");
+   
+}
+
+static int ReadCheckHeader(FILE *fp)
+{
+
+    char header[HEADER_LEN + 1]; //Array mit Platz für Header Länge + \0 Character -> String
+
+    if(fread(header, 1, HEADER_LEN, fp) != HEADER_LEN)
+        return 0;
+
+    header[HEADER_LEN] = '\0'; // Nullterminator am Ende anhängen
+ 
+    if(strcmp(header, FILE_HEADER_STRING) != 0) // wenn beide identische sind gibt cmp 0 zurück
+        return 0;
+
+    return 1;
+
+}
+
+static int readMetaData(FILE *fp, unsigned short *numImages, unsigned short *width, unsigned short *height)
+{
+    if(fread(numImages, sizeof(unsigned short), 1, fp) != 1 || fread(width, sizeof(unsigned short), 1, fp) != 1 || fread(height, sizeof(unsigned short), 1, fp)!= 1)
+    {
+        return 0;
+    }
+ 
+    return 1;
+}
+
+ 
+static int checkDimensions(unsigned int width, unsigned int height)
+{
+ 
+    int ok = 0;
+   
+    if(width > 0 && height > 0)
+        return ok = 1;
+   
+    else
+        return ok = 0;
+ 
+}
+ 
+ 
+static GrayScaleImageSeries *allocateSeriesStruct(unsigned int numImages)
+{
+    GrayScaleImageSeries *series = malloc(sizeof(GrayScaleImageSeries));
+    if(!series)
+        return NULL;
+
+    series->count = numImages;
+    //Speicher für die Pointer an sich belegen
+    series->images = malloc(numImages * sizeof(GrayScaleImage)); //Speicher für alle Bild-Strukturen, nicht aber für die Pixel selbst (denn image ist nochmal ein Array selbst)
+    series->labels = malloc(numImages * sizeof(unsigned char)); //Speicher für alle Labels, diese beiden zeilen in die funktion drüber mit rein 
+ 
+    //Prüfen, ob Speicher für die Arrays reserviert werden konnte, wenn nicht -> Freigabe
+    if(series->images == NULL || series->labels == NULL){
+ 
+        free(series->images); //wenn trotzdem was reingeschrieben wurde, dann freigeben
+        free(series->labels);
+        free(series);
+        return NULL;
+ 
+    }
+ 
     return series;
 }
 
+ 
+
+static int AllocateCheckPixelData(GrayScaleImageSeries *series, unsigned int numImages, unsigned int width, unsigned int height)
+{
+    for(unsigned int i = 0; i < numImages; i++){
+ 
+        series -> images[i].buffer = malloc(width * height); //Speicher für Pixeldaten selbst
+ 
+        if(series->images[i].buffer == NULL){
+ 
+            for(unsigned int j = 0; j < i; j++){
+                free(series->images[j].buffer); //wenn Speicher nicht reserviert werden konnte, dann zuerst das Array mit Pixeldaten freigeben
+            }
+ 
+       
+        free(series->images); //anschließend auch die Speicher für Bildstrukturen und Label-Arrays freigeben, weil zuvor für diese schon Speicher reserviert wurde
+        free(series->labels);
+        free(series);
+   
+        return 0;      
+        }
+    }
+ 
+    return 1;
+}
+
+ 
+static int ReadImagesAndLabels(FILE *fp, GrayScaleImageSeries *series, unsigned int numImages, unsigned int width, unsigned int height)
+{
+    for(int i = 0; i < numImages; i++)
+   {
+        //Breite und Höhe werden gesetzt (GrayScaleImage)
+        series -> images[i].width = width;
+        series -> images[i].height = height;
+ 
+       
+        //Pixeldaten einlesen und Prüfen ob alle essentiellen Pixel eingelesen wurden
+        if(fread(series -> images[i].buffer, 1, width * height, fp) != (width * height))
+        {
+            clearSeries(series);
+            return 0;
+        }
+ 
+        //Jedes Bild hat ein Label, was direkt danach eingelesen wird und auf Größe geprüft wird
+        if(fread(&series -> labels[i], 1, 1, fp) != 1){
+            clearSeries(series);
+            return 0;
+        }
+    }
+ 
+    return 1;
+}
+ 
+
+// TODO Vervollständigen Sie die Funktion readImages unter Benutzung Ihrer Hilfsfunktionen
+GrayScaleImageSeries *readImages(const char *path)//funktionsnamen immer klein anfangen
+{
+    GrayScaleImageSeries *series = NULL;
+ 
+    //Datei im Binärmodus öffnen
+    FILE *fp = openImageFile(path); //funktion weglassen weil sie keine zusätzlichen infos bringt
+    if(!fp)
+        return NULL;
+ 
+    //Buffer zum Einlesen des Headers
+    char header[HEADER_LEN]; 
+   
+    //Prüfen, ob genau die HEADER_LEN Bytes eingelesen werden
+    if(!ReadCheckHeader(fp)){ 
+
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+
+    }
+ 
+     
+    //Anzahl der Bilder, Breite und Höhe einlesen
+    unsigned  short numImages, width, height; 
+    if(!readMetaData(fp, &numImages, &width, &height)){
+
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+
+    }
+ 
+ 
+    //Prüfen, ob gültige Länge oder Breite
+    if(!checkDimensions(width, height)){
+
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+
+    }
+ 
+    //Speicher für die gesamte Bildserie reservieren (aber nur für die Struktur)
+    series = allocateSeriesStruct(numImages);
+    if(!series) {
+
+        fclose(fp);
+        return NULL; //Fehler bei Speicherreservierung
+
+    }
+   
+ 
+    //Speicher für die Pixeldaten selbst reserviern und prüfen, ob er reserviert werden konnte
+    if(!AllocateCheckPixelData(series, numImages, width, height)){
+       
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+ 
+    }
+   
+    //Einlesen der Pixeldaten und des zugehörigen Labels und prüfen auf Fehler 
+    if(!ReadImagesAndLabels(fp, series, numImages, width, height)){
+
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+
+    } // funktionen anders aufteilen: erst für alles speicher holen und dann bild und label einlesen aber ist geschmackssache, ziel ist es ohne kommentare auskommen zu können
+ 
+    fclose(fp);  
+    return series;
+}
+ 
 // TODO Vervollständigen Sie die Funktion clearSeries, welche eine Bildserie vollständig aus dem Speicher freigibt
 void clearSeries(GrayScaleImageSeries *series)
 {
-}
+    if (series == NULL){
+        return;
+    }
+ 
+    for(unsigned int i = 0; i < series->count; i++){
+ 
+        free(series->images[i].buffer);
+    }
+ 
+       
+    free(series->images);
+    free(series->labels);
+    free(series);
+   
+}
+ 

matrix.c

@@ -2,200 +2,264 @@
 #include <string.h>
 #include <stdio.h>
 #include "matrix.h"
-
+ 
 // TODO Matrix-Funktionen implementieren
+ 
+enum addModes{SAMEDIMENSIONS, COLVEC, ROWVEC}; // mit typedef arbeiten
 
+ 
 Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols)
 {
     Matrix m;
     m.rows = rows;
     m.cols = cols;
-    m.data = NULL;
+    m.buffer = NULL;
  
     if(rows == 0 || cols == 0)
     {
-        printf("Error");
-        exit(EXIT_FAILURE);
+        m.rows = 0;
+        m.cols = 0;
+        m.buffer = NULL;
+        return m;
     }
  
-    m.data = calloc(rows * cols, sizeof(MatrixType));
-    if (m.data == NULL)
+    m.buffer = calloc(rows * cols, sizeof(MatrixType));
+   
+    if (m.buffer == NULL)
     {
-        printf("Error");
-        exit(EXIT_FAILURE);
+        m.rows = 0;
+        m.cols = 0;
+        m.buffer = NULL;
+        return m;
     }
  
     return m;
 }
+ 
 
 void clearMatrix(Matrix *matrix)
 {
-    free(matrix->data);
-    
-    matrix->rows = 0;
-    matrix->cols = 0;
-    matrix->data = NULL;
+
+    if (matrix->buffer == NULL)
+    {
+        matrix->rows = 0;
+        matrix->cols = 0;
+        matrix->buffer = NULL;
+        return;
+    }
+    else
+    {
+   
+        free(matrix->buffer);
+   
+        matrix->rows = 0;
+        matrix->cols = 0;
+        matrix->buffer = NULL;
+ 
+    }
 }
 
+ 
 void setMatrixAt(MatrixType value, Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
 {
-   
-  matrix.data[(rowIdx * matrix.cols) + colIdx] = value;   //wir setzen den data-Wert an der Stelle (rowIdx*Spalten + colIdx) auf den Wert von value
+    if(matrix.buffer == NULL || rowIdx >= matrix.rows || colIdx >= matrix.cols)
+    {
+        return;
+    }
+    else
+    {
+        matrix.buffer[(rowIdx * matrix.cols) + colIdx] = value;   //wir setzen den data-Wert an der Stelle (rowIdx*Spalten + colIdx) auf den Wert von value
+    }
 }
+ 
 
 MatrixType getMatrixAt(const Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
 {
-    return matrix.data[(rowIdx * matrix.cols) + colIdx];
+    if(matrix.buffer == NULL || rowIdx >= matrix.rows || colIdx >= matrix.cols)
+    {
+        return UNDEFINED_MATRIX_VALUE;
+    }
+   
+    return matrix.buffer[(rowIdx * matrix.cols) + colIdx];
+}
+ 
+
+static int get_add_mode(Matrix matrix1, Matrix matrix2) //int stimmt zwar, aber man kann auch statt int den enum als typedef und dann als rückgabetyp nehmen
+{
+    int get_add_mode = -1;
+ 
+    if(matrix1.cols == matrix2.cols && matrix1.rows == matrix2.rows)
+    {
+        get_add_mode = SAMEDIMENSIONS;
+    }
+    else if(matrix1.cols == 1 && matrix1.rows == matrix2.rows)
+    {
+        get_add_mode = COLVEC;
+    }
+    else if(matrix2.cols == 1 && matrix1.rows == matrix2.rows)
+    {
+        get_add_mode = COLVEC;
+    }
+    else if(matrix1.rows == 1 && matrix1.cols == matrix2.cols)
+    {
+        get_add_mode = ROWVEC;
+    }
+    else if(matrix2.rows == 1 && matrix1.cols == matrix2.cols)
+    {
+        get_add_mode = ROWVEC;
+    }
+
+    return get_add_mode;   
+}
+ 
+
+ 
+Matrix addSameDim(Matrix matrix1, Matrix matrix2) //static funktionen!!!
+{
+    Matrix matrix_erg = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
+ 
+    for(int i = 0; i < (matrix1.rows * matrix1.cols); i++)
+    {
+        matrix_erg.buffer[i] = matrix1.buffer[i] + matrix2.buffer[i];
+    }
+
+        return matrix_erg;    
+}
+ 
+
+Matrix addColVec(Matrix matrix1, Matrix matrix2)
+{
+    Matrix matrix_erg;
+
+    if(matrix1.cols == 1)
+    {
+        matrix_erg = createMatrix(matrix2.rows, matrix2.cols);
+ 
+        for(int i = 0; i < matrix2.rows; i++)
+        {
+            for(int j = 0; j < matrix2.cols; j++)
+            {
+                matrix_erg.buffer[i * matrix2.cols + j] = matrix1.buffer[i] + matrix2.buffer[i * matrix2.cols + j];
+            }
+        }  
+    }
+
+    if(matrix2.cols == 1)
+    {
+        matrix_erg = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
+ 
+        for(int i = 0; i < matrix1.rows; i++)
+        {
+            for(int j = 0; j < matrix1.cols; j++)
+            {
+                matrix_erg.buffer[i * matrix1.cols + j] = matrix1.buffer[i * matrix1.cols + j] + matrix2.buffer[i];
+            }
+        }
+    }
+
+    return matrix_erg;
+}
+ 
+
+Matrix addRowVec(Matrix matrix1, Matrix matrix2)
+{
+    Matrix matrix_erg;
+
+    if(matrix1.rows == 1)
+    {
+        matrix_erg = createMatrix(matrix2.rows, matrix2.cols);
+ 
+        for(int i = 0; i < matrix2.rows; i++)
+        {
+            for(int j = 0; j < matrix2.cols; j++)
+            {
+                matrix_erg.buffer[i * matrix2.cols + j] = matrix1.buffer[j] + matrix2.buffer[i * matrix2.cols + j];
+            }
+        }       
+    }
+
+    if(matrix2.rows == 1)
+    {
+        matrix_erg = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
+ 
+        for(int i = 0; i < matrix1.rows; i++)
+        {
+            for(int j = 0; j < matrix1.cols; j++)
+            {
+                matrix_erg.buffer[i * matrix1.cols + j] = matrix1.buffer[i * matrix1.cols + j] + matrix2.buffer[j];
+            }
+        }
+    }
+
+    return matrix_erg;
 }
 
-static int can_add(Matrix matrix1, Matrix matrix2) {
 
-    int can_add;
-
-    if(matrix1.cols == matrix2.cols && matrix1.rows == matrix2.rows){
-
-        can_add = 1;
-
-    }
-    else if(matrix1.cols == 1 && matrix1.rows == matrix2.rows){
-
-        can_add = 2;
-
-    }
-    else if(matrix2.cols == 1 && matrix1.rows == matrix2.rows){
-
-        can_add = 3;
-
-    }
-    else if(matrix1.rows == 1 && matrix1.cols == matrix2.cols){
-
-        can_add = 4;
-
-    }
-    else if(matrix2.rows == 1 && matrix1.cols == matrix2.cols){
-
-        can_add = 5;
-
-    }
-    else{
-
-        can_add = 0;
-
-    }
-
-    return can_add;
-    }
-
-Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2) //wir addieren nur wenn beide Matrizen gleich groß sind oder eine von beiden eine Zeile oder eine Spalte besitzt
+Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
-    int ok = can_add(matrix1,matrix2);
-    
-    unsigned int erg_rows = (matrix1.rows == matrix2.rows) ? matrix1.rows : (matrix1.rows == 1 ? matrix2.rows : matrix1.rows);
-    unsigned int erg_cols = (matrix1.cols == matrix2.cols) ? matrix1.cols : (matrix1.cols == 1 ? matrix2.cols : matrix1.cols);
-    
-    Matrix matrix_erg = createMatrix(erg_rows, erg_cols);
-
+    int ok = get_add_mode(matrix1,matrix2); //auch wieder enum als typ statt int (wenn oben typedef dann kann man sich auch das enum sparen)
+    Matrix matrix_erg = createMatrix(0, 0);
+   
     switch(ok)
     {
-    case 1: 
-    
-        for(int i = 0; i < (matrix1.rows * matrix1.cols); i++)
-
-            matrix_erg.data[i] = matrix1.data[i] + matrix2.data[i];
-            
+    case SAMEDIMENSIONS:
+        matrix_erg = addSameDim(matrix1, matrix2);
         break;
-
-    case 2:
-
-        for(int i = 0; i < erg_rows; i++){
-            for(int j = 0; j < erg_cols; j++)
-
-                matrix_erg.data[i * erg_cols + j] = matrix1.data[i * erg_cols + j] + matrix2.data[i];
-        }
+ 
+    case COLVEC:
+        matrix_erg = addColVec(matrix1, matrix2);
         break;
-
-    case 3:
-    
-        for(int i = 0; i < erg_rows; i++){
-            for(int j = 0; j < erg_cols; j++)
-
-                matrix_erg.data[i * erg_cols + j] = matrix1.data[i] + matrix2.data[i * erg_cols + j];
-        }
+ 
+    case ROWVEC:
+        matrix_erg = addRowVec(matrix1, matrix2);
         break;
-
-    case 4:
-
-        for(int i = 0; i < erg_rows; i++){
-            for(int j = 0; j < erg_cols; j++)
-
-                matrix_erg.data[i * erg_cols + j] = matrix1.data[i * erg_cols + j] + matrix2.data[j];
-        }
-        break;
-
-    case 5:
-    
-        for(int i = 0; i < erg_rows; i++){
-            for(int j = 0; j < erg_cols; j++)
-
-                matrix_erg.data[i * erg_cols + j] = matrix1.data[j] + matrix2.data[i * erg_cols + j];
-        }
-        break;
-
-    default: 
-        printf("Matrix addition not possible\n");
-        exit(EXIT_FAILURE);
-
-    
     }
-
-return matrix_erg;
-
-    
-    
+ 
+    return matrix_erg; 
 }
+
+
 static int can_multiply (Matrix matrix1, Matrix matrix2)
 {
     int can_multiply = 0;
-
+ 
     if(matrix1.cols == matrix2.rows)
+    {
         can_multiply = 1;
-        
+    }
+       
     return can_multiply;
 }
 
-
+ 
 Matrix multiply(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
     int ok = can_multiply(matrix1,matrix2);
     unsigned int erg_rows = matrix1.rows;
     unsigned int erg_cols = matrix2.cols;
-    Matrix matrix_erg = createMatrix(erg_rows, erg_cols);
-    
-    
+    Matrix matrix_erg = createMatrix(0, 0);
+   
     if (ok == 1)
     {
-
+        matrix_erg = createMatrix(erg_rows, erg_cols);
+ 
         for (int i = 0; i < erg_rows; i++)
         {
             for (int j = 0; j < erg_cols; j++)
             {
                 MatrixType sum = 0;
-                
+               
                 for (int k = 0; k < matrix1.cols; k++)
                 {
-                    sum += matrix1.data[i * matrix1.cols + k] * matrix2.data[k * matrix2.cols + j];
+                    sum += getMatrixAt(matrix1, i, k) * getMatrixAt(matrix2, k, j);
                 }
-                
-                matrix_erg.data [i * erg_cols + j] = sum;
+               
+                setMatrixAt(sum, matrix_erg, i, j);
             }
  
-        }
+        }  
+    } 
 
-        return matrix_erg;
-    }  
-    else 
-    {
-        printf("Matrix multiplication not possible\n");
-        exit(EXIT_FAILURE);
-    }
-}
+    return matrix_erg;
+}
+ 

matrix.h

@@ -11,7 +11,7 @@ typedef struct
 {
     unsigned int rows;
     unsigned int cols;
-    MatrixType *data;
+    MatrixType *buffer;
 }Matrix;
 
 Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols);

neuralNetwork.c

@@ -170,7 +170,7 @@ NeuralNetwork loadModel(const char *path)
 
 static Matrix imageBatchToMatrixOfImageVectors(const GrayScaleImage images[], unsigned int count)
 {
-    Matrix matrix = {NULL, 0, 0};
+    Matrix matrix = {0, 0, NULL};
 
     if(count > 0 && images != NULL)
     {

neuralNetworkTests.c

@@ -4,11 +4,61 @@
 #include <math.h>
 #include "unity.h"
 #include "neuralNetwork.h"
+#define IDENT_TAG "__info2_neural_network_file_format__"
 
 
+static void writeWeights(Layer layer, FILE *file)
+{
+    unsigned int n = (unsigned int)layer.weights.rows * layer.weights.cols; //col und row müssen nicht extra eingelesen werden, da loadModel die Dimensionen selbst aus der Datei liest
+    fwrite(layer.weights.buffer, sizeof(MatrixType), n, file);
+}
+
+static void writeBiases(Layer layer, FILE *file)
+{
+    unsigned int n = (unsigned int)layer.biases.rows * layer.biases.cols;
+    fwrite(layer.biases.buffer, sizeof(MatrixType), n, file);
+}
+
 static void prepareNeuralNetworkFile(const char *path, const NeuralNetwork nn)
 {
-    // TODO
+    //file erstellen und zum Binärschreiben öffnen
+    FILE *file = fopen(path, "wb");
+    if(file == NULL)
+        return;
+       
+    //header reinschreiben
+    const char *header = IDENT_TAG;
+    fwrite(header, sizeof(char), strlen(header), file);
+
+    //Schließen der Datei, falls kein Layer vorhanden
+    if (nn.numberOfLayers == 0 || nn.layers == NULL)
+    {
+        fclose(file);
+        return;
+    }
+
+    //Erste Eingangsdimension: Spalten der ersten Gewichtsmatrix
+    unsigned int inputDim = (unsigned int)nn.layers[0].weights.cols;
+    fwrite(&inputDim, sizeof(unsigned int), 1, file);
+
+    //für jede Schicht: Dimension, Gewichte und Biases schreiben
+    for (unsigned int i = 0; i < nn.numberOfLayers; i++)
+    {
+        Layer layer = nn.layers[i];
+   
+        unsigned int outputDim = (unsigned int)layer.weights.rows;
+        fwrite(&outputDim, sizeof(unsigned int), 1, file);
+   
+        //Weight-Matrixwerte schreiben
+        writeWeights(layer, file);
+    
+
+        //Bias-Vektorwerte schreiben
+        writeBiases(layer, file);
+
+    
+    }
+    fclose(file);
 }
 
 void test_loadModelReturnsCorrectNumberOfLayers(void)