prepare neural network file funkiton erstellt (alle zusammen)

imageInput.c

@@ -2,207 +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
 
-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 int checkHeader(const GrayScalePixelType *buffer){
-
-    int ok = 0;
-    char header[HEADER_LEN + 1]; //Array mit Platz für Header Länge + \0 Character -> String
-
-    // Jeder Byte in String kopieren
-    for(int i = 0; i < HEADER_LEN; i++){
-
-        header[i] = buffer[i];
-
-    }
-
-    header[HEADER_LEN] = '\0'; // Nullterminator am Ende anhängen
-
-    if(strcmp(header, FILE_HEADER_STRING) == 0) // wenn beide identische sind gibt cmp 0 zurück
-        return ok = 1;
-
-    else
-        return ok = 0;
-
-}
 
 static FILE *openImageFile(const char *path)
 {
+    
     return fopen(path, "rb");
+   
 }
 
-static int readHeaderFromFile(FILE *fp, GrayScalePixelType *headerBuffer)
+static int ReadCheckHeader(FILE *fp)
 {
-    if (fread(headerBuffer, sizeof(GrayScalePixelType),HEADER_LEN, fp) != HEADER_LEN)
+
+    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 readMetaData(FILE *fp, unsigned int *numImages, unsigned int *width, unsigned int *height)
+ 
+static int checkDimensions(unsigned int width, unsigned int height)
 {
-    if (fread(numImages, sizeof(unsigned int), 1, fp) != 1 || fread(width, sizeof(unsigned int), 1, fp) != 1 || fread(height, sizeof(unsigned int), 1, fp) != 1)
-
-    {
-    return 0;
-    }
-    return 1;
+ 
+    int ok = 0;
+   
+    if(width > 0 && height > 0)
+        return ok = 1;
+   
+    else
+        return ok = 0;
+ 
 }
-
-static GrayScaleImageSeries *allocateSeriesStruct(void)
+ 
+ 
+static GrayScaleImageSeries *allocateSeriesStruct(unsigned int numImages)
 {
     GrayScaleImageSeries *series = malloc(sizeof(GrayScaleImageSeries));
-    return series;
-}
+    if(!series)
+        return NULL;
 
-static int allocateImageAndLabelArrays(GrayScaleImageSeries *series, unsigned int numImages, FILE *fp)
-{
     series->count = numImages;
     //Speicher für die Pointer an sich belegen
-    series->images = malloc(numImages * sizeof(GrayScaleImage));
-    series->labels = malloc(numImages * sizeof(unsigned char));
-
-    if (!series->images || !series->labels)
-    {
+    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);
-
-        fclose(fp);
-        return 0;
+        return NULL;
+ 
     }
-
-    return 1;
+ 
+    return series;
 }
 
-static int allocateBufferForImages(GrayScaleImageSeries *series, unsigned int numImages, unsigned int width, unsigned int height, FILE *fp)
+ 
+
+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);
-        if (series ->images[i].buffer == NULL) 
-        {
-            for (unsigned int j = 0; j < i; j++)
-            {
-                free(series->images[j].buffer);
+    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);
-            free(series->labels);
-            free(series);
-
-            fclose(fp);
-            return 0;
+ 
+       
+        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)
+ 
+static int ReadImagesAndLabels(FILE *fp, GrayScaleImageSeries *series, unsigned int numImages, unsigned int width, unsigned int height)
 {
-    for (unsigned int i = 0; i < numImages; i++)
-    {
-        series->images[i].width = width;
-        series->images[i].height = height;
-
-        if (fread(series->images[i].buffer, 1, width *height, fp) != (width * 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);
-            fclose(fp);
             return 0;
         }
-
-        fread(&series->labels[i], 1, 1, fp);
+ 
+        //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)
+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)){ 
 
-    FILE *fp = openImageFile(path);
-    if (!fp)
-    return NULL;
-
-    GrayScalePixelType header[HEADER_LEN];
-
-    if (!readHeaderFromFile(fp, header))
-    {
         fclose(fp);
         return NULL;
-    }
 
-    if (!checkHeader(header))
-    {
+    }
+ 
+     
+    //Anzahl der Bilder, Breite und Höhe einlesen
+    unsigned  short numImages, width, height; 
+    if(!readMetaData(fp, &numImages, &width, &height)){
+
         fclose(fp);
         return NULL;
-    }
 
-    unsigned int numImages, width, height;
-    if (!readMetaData(fp, &numImages, &width, &height))
-    {
-        fclos(fp);
-        return NULL;
     }
+ 
+ 
+    //Prüfen, ob gültige Länge oder Breite
+    if(!checkDimensions(width, height)){
 
-    if (!checkDimensions(width, height))
-    {
         fclose(fp);
         return NULL;
-    }
 
-    series = allocateSeriesStruct();
-    if (!series)
-    {
-        free(series);
+    }
+ 
+    //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)){
 
-    if (!allocateImageAndLabelArrays(series, numImages, fp))
-    {
+        fclose(fp);
         return NULL;
-    }
-
-    if (!allocateImageAndLabelImages(series, numImages, width, height, fp))
-    {
-        return NULL;
-    }
-
-    if (!readImagesAndLabels(fp, series, numImages, width, height))
-    {
-        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

@@ -5,7 +5,7 @@
  
 // TODO Matrix-Funktionen implementieren
  
-enum addModes{SAMEDIMENSIONS, COLVEC, ROWVEC};
+enum addModes{SAMEDIMENSIONS, COLVEC, ROWVEC}; // mit typedef arbeiten
 
  
 Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols)
@@ -84,7 +84,7 @@ MatrixType getMatrixAt(const Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int co
 }
  
 
-static int get_add_mode(Matrix matrix1, Matrix matrix2) 
+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;
  
@@ -114,7 +114,7 @@ static int get_add_mode(Matrix matrix1, Matrix matrix2)
  
 
  
-Matrix addSameDim(Matrix matrix1, Matrix matrix2)
+Matrix addSameDim(Matrix matrix1, Matrix matrix2) //static funktionen!!!
 {
     Matrix matrix_erg = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
  
@@ -197,7 +197,7 @@ Matrix addRowVec(Matrix matrix1, Matrix matrix2)
 
 Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
-    int ok = get_add_mode(matrix1,matrix2);
+    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)

neuralNetworkTests.c

@@ -4,11 +4,55 @@
 #include <math.h>
 #include "unity.h"
 #include "neuralNetwork.h"
+#define IDENT_TAG "__info2_neural_network_file_format__"
 
 
+static void writeWeights(Layer layer, FILE *file)
+{
+    fwrite(&layer.weights.rows, sizeof(unsigned int), 1, file);
+    fwrite(&layer.weights.cols, sizeof(unsigned int), 1, file);
+    fwrite(layer.weights.buffer, sizeof(float ), layer.weights.rows * layer.weights.cols, file);
+}
+
+static void writeBiases(Layer layer, FILE *file)
+{
+    fwrite(&layer.biases.rows, sizeof(unsigned int), 1, file);
+    fwrite(&layer.biases.cols, sizeof(unsigned int), 1, file);
+    fwrite(layer.biases.buffer, sizeof(float ), layer.biases.rows * layer.biases.cols, file);
+}
+
 static void prepareNeuralNetworkFile(const char *path, const NeuralNetwork nn)
 {
-    // TODO
+//file erstellen und zum binärschreiben öffnen
+    FILE *file = fopen(path, "wb");
+    if(!file)
+        return;
+       
+    //header reinschreiben
+    const char *header = IDENT_TAG;
+    fwrite(header, sizeof(char), strlen(header), file);
+   
+    //einfachheitshalber ein layer erstellen
+    
+    fwrite(&nn.numberOfLayers, sizeof(unsigned int), 1, file);
+    for (unsigned int i = 0; i < nn.numberOfLayers; i++)
+    {
+        Layer layer = nn.layers[i];
+   
+        //activationType initialisieren (formt ergebnis der matritzenmultiplikation um, damit es in einem neuronalen Netzwerk sinnvoll weiterverwendet werden kann.)
+        unsigned int activationType = 1; //Aktivirungstyp id (zb 1 für ReLU)
+        fwrite(&activationType, sizeof(unsigned int), 1, file);
+   
+        //dimensionen festlegen(weights)  
+        writeWeights(layer, file);
+    
+
+        //dimension festlegen(bias)
+        writeBiases(layer, file);
+
+    
+    }
+    fclose(file);
 }
 
 void test_loadModelReturnsCorrectNumberOfLayers(void)