neuralNetworkTests

imageInput.c

@@ -7,16 +7,217 @@
 #define FILE_HEADER_STRING "__info2_image_file_format__"
 
 // TODO Implementieren Sie geeignete Hilfsfunktionen für das Lesen der Bildserie aus einer Datei
+static FILE* openFileCheckHeader(const char *path)
+{
+    FILE *fp = NULL;
 
+    fp = fopen(path, "rb");
+    if(fp == NULL)
+        return NULL;
+    char headerbuffer[BUFFER_SIZE];
+    size_t headerlength = strlen(FILE_HEADER_STRING);
+    if((fread(headerbuffer, sizeof(char), headerlength, fp)) != headerlength)
+    {
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+    }
+    if(strncmp(FILE_HEADER_STRING, headerbuffer, headerlength) != 0)
+    {
+        fclose(fp);
+        return NULL;
+    }
+    return fp;
+}
+//Oeffnet die Datei. 2. liest aus Datei headerlaenge laenge aus speichert in array vergleicht mit gewolltem header.
+///Gibt bei Erfolg (header laenge richtig, richtiger header) den FILE* Zeiger zurück welcher nun gespeichert hat
+///dass nun der header Teil gelesen wurde und somit die nächste Funktion ab dieser Stelle weiter liest. 
+///NULL, wenn falscher header.
 // TODO Vervollständigen Sie die Funktion readImages unter Benutzung Ihrer Hilfsfunktionen
+static int readWidthHeightCount(FILE *fp, unsigned int *count, unsigned int *width, unsigned int *height)
+{
+    unsigned short count_s;
+    unsigned short width_s;
+    unsigned short height_s;
+    if(fread(&count_s, sizeof(unsigned short), 1, fp) != 1)
+    {
+        return -1;
+    }
+    if(fread(&width_s, sizeof(unsigned short), 1, fp) != 1)
+    {
+        return -1;
+    }
+    if(fread(&height_s, sizeof(unsigned short), 1, fp) != 1)
+    {
+        return -1;
+    }
+    *count = (unsigned int)count_s;
+    *width = (unsigned int)width_s;
+    *height = (unsigned int)height_s;
+    return 0;
+}
+static GrayScaleImageSeries* allocateSeries(unsigned int count)
+{
+    // 1. Speicher reservieren für Hauptstruktur. Speicheradresse dieses Speicherbereichs einem Strukt ptr zuweisen
+    GrayScaleImageSeries *series = malloc(sizeof(GrayScaleImageSeries));
+    
+    // 2. Prüfen, ob Speicherreservierung nicht funktioniert hat
+    if (series == NULL) {
+        return NULL;//Wir müssen nichts freen, da wir keinen Speicherplatz reservieren konnten! Gibt nix zu freen
+    }
+
+    // 3. Initialiseren der Struktur.
+    series->count = count;
+    series->images = NULL;
+    series->labels = NULL;
+
+    // 4. Speicher reservieren für images Struktur array
+    series->images = malloc(count * sizeof(GrayScaleImage));//Startadresse des images Array wird in die series gespeichert
+    
+    // 5. Prüfen, ob das images-Array nicht reserviert werden konnte
+    if (series->images == NULL) {
+        // Fehler! Rufen wir clearSeries auf, um aufzuräumen, was wir
+        // bisher haben (nur die 'series'-Struktur selbst).
+        clearSeries(series);//zu implementieren
+        return NULL;
+    }
+
+    // 6. WICHTIG: Alle "buffer"-Zeiger in den "Seiten" initialisieren
+    //    Das ist der "sichere" Zustand für den nächsten Schritt.
+    for (unsigned int i = 0; i < count; i++) {
+        series->images[i].buffer = NULL;
+    }
+
+    // 7. "malloc" für das "labels"-Array
+    series->labels = malloc(count * sizeof(unsigned char));
+
+    // 8. Prüfen, ob das "labels"-Array reserviert werden konnte
+    if (series->labels == NULL) {
+        // Fehler! clearSeries räumt jetzt die 'series'-Struktur
+        // UND das 'images'-Array auf.
+        clearSeries(series);
+        return NULL;
+    }
+
+    // 9. Erfolg! Alle Container sind reserviert.
+    return series;
+}
+/**
+ * Liest die Pixel-Daten und Labels für alle Bilder in die vorreservierte Serie.
+ * Reserviert den Speicher für jeden einzelnen Pixel-Buffer.
+ *
+ * @param fp Der geöffnete und bereits "vorgespulte" Datei-Zeiger.
+ * @param series Die vorreservierte Serie (Hülle, images-Array, labels-Array).
+ * @param width Die Breite, die jedes Bild hat.
+ * @param height Die Höhe, die jedes Bild hat.
+ * @return 0 bei Erfolg, -1 bei einem Speicher- oder Lesefehler.
+ */
+static int readImageData(FILE *fp, GrayScaleImageSeries *series, unsigned int width, unsigned int height)
+{
+    // 1. Berechne die Anzahl der Pixel pro Bild (mach das nur einmal)
+    const unsigned int numPixels = width * height;
+    
+    // 2. Gehe in einer Schleife durch jedes Bild (von 0 bis count-1)
+    for (unsigned int i = 0; i < series->count; i++) {
+        
+        // 3. Setze die Metadaten für das aktuelle Bild
+        series->images[i].width = width;
+        series->images[i].height = height;
+
+        // 4. "malloc" für den Pixel-Buffer DIESES EINEN Bildes
+        series->images[i].buffer = malloc(numPixels * sizeof(GrayScalePixelType));
+
+        // 5. Prüfe auf Speicherfehler
+        if (series->images[i].buffer == NULL) {
+            // Fehler! Es gibt nicht genug Speicher.
+            // Gib -1 zurück. Der "Chef" (readImages) muss clearSeries aufrufen.
+            return -1;
+        }
+
+        // 6. Lies die Pixel-Daten aus der Datei in den neuen Buffer
+        // Wir wollen 'numPixels' Blöcke lesen, die 'sizeof(GrayScalePixelType)' groß sind
+        if (fread(series->images[i].buffer, sizeof(GrayScalePixelType), numPixels, fp) != numPixels) {
+            // Fehler! Konnte nicht die erwartete Anzahl an Pixeln lesen.
+            // (z.B. Datei endet zu früh)
+            return -1;
+        }
+
+        // 7. Lies das Label für dieses Bild aus der Datei
+        // Wir wollen 1 Block lesen, der 'sizeof(unsigned char)' groß ist
+        if (fread(&series->labels[i], sizeof(unsigned char), 1, fp) != 1) {
+            // Fehler! Konnte das Label nicht lesen.
+            return -1;
+        }
+    } // Die Schleife geht zum nächsten Bild (i++)
+
+    // 8. Wenn die Schleife komplett durchläuft, war alles erfolgreich.
+    return 0;
+}
+/*
+readWidthHeightCount: liest die drei unsigned shorts ein, welche Hoehe, Breite und Anzahl sind. (SHORT!!)
+unsigned shorts werden zeigern übergeben, welche werte in unsigned int abspeichern.
+*/
 GrayScaleImageSeries *readImages(const char *path)
 {
+    // --- Vorbereitung ---
+    // Wir brauchen Variablen, um die Ergebnisse der Helfer zu speichern
+    FILE *fp = NULL;
     GrayScaleImageSeries *series = NULL;
-    
-    return series;
+    unsigned int count = 0, width = 0, height = 0;
+
+    // --- Schritt 1: Datei öffnen und Header prüfen ---
+    fp = openFileCheckHeader(path);
+    if (fp == NULL) {
+        fprintf(stderr, "Fehler: Datei konnte nicht geöffnet oder validiert werden.\n");
+        return NULL; // Kein Aufräumen nötig, da nichts reserviert/geöffnet wurde
+    }
+
+    // --- Schritt 2: Metadaten (count, width, height) lesen ---
+    if (readWidthHeightCount(fp, &count, &width, &height) != 0) {
+        fprintf(stderr, "Fehler: Metadaten konnten nicht gelesen werden.\n");
+        fclose(fp); // Aufräumen: Datei schließen
+        return NULL;
+    }
+
+    // --- Schritt 3: Speicher-Gerüst reservieren ---
+    series = allocateSeries(count);
+    if (series == NULL) {
+        fprintf(stderr, "Fehler: Speicher konnte nicht reserviert werden.\n");
+        fclose(fp); // Aufräumen: Datei schließen
+        return NULL;
+    }
+
+    // --- Schritt 4: Daten (Pixel & Labels) einlesen ---
+    if (readImageData(fp, series, width, height) != 0) {
+        fprintf(stderr, "Fehler: Bilddaten konnten nicht gelesen werden.\n");
+        clearSeries(series); // Aufräumen: Speicher freigeben
+        fclose(fp);         // Aufräumen: Datei schließen
+        return NULL;
+    }
+
+    // --- Erfolg! ---
+    // Alle Schritte waren erfolgreich.
+    fclose(fp); // Datei schließen (wichtiger letzter Schritt)
+    return series; // Den Zeiger auf die fertige Datenstruktur zurückgeben
 }
 
 // TODO Vervollständigen Sie die Funktion clearSeries, welche eine Bildserie vollständig aus dem Speicher freigibt
 void clearSeries(GrayScaleImageSeries *series)
 {
+    //von innen nach außen freen
+    if(series == NULL)
+    {
+        return;//beendet Funktion. Fall series == NULL würde das ausführen der folgenden zu einem segmentation fault führen.
+    }
+    if(series->images != NULL)
+    {
+        for(unsigned int i = 0; i < series->count; i++)
+        {
+            if(series->images[i].buffer != NULL)
+            free(series->images[i].buffer);
+        }
+        free(series->images);
+    }
+    if(series->labels != NULL)
+        free(series->labels);
+    free(series);
 }

imageInput.h

@@ -5,19 +5,19 @@ typedef unsigned char GrayScalePixelType;
 
 typedef struct
 {
-    GrayScalePixelType *buffer;
+    GrayScalePixelType *buffer; //char Array mit 0 -255 als zahlenwert.
     unsigned int width;
-    unsigned int height;
-} GrayScaleImage;
+    unsigned int height; //Breite und Höhe eines Bildes
+} GrayScaleImage;//ein Bild
 
 typedef struct
 {
-    GrayScaleImage *images;
-    unsigned char *labels;
-    unsigned int count;
-} GrayScaleImageSeries;
+    GrayScaleImage *images;//array von Bildern mit jeweiligen Werten
+    unsigned char *labels;//array von Labeln zu jeweiligem Bild
+    unsigned int count;//Anzahl der Bilder
+} GrayScaleImageSeries;//alle Bilder, also eine Bilderserie
 
 GrayScaleImageSeries *readImages(const char *path);
-void clearSeries(GrayScaleImageSeries *series);
+void clearSeries(GrayScaleImageSeries *series);//Zeiger auf die Bilderserie als arg
 
 #endif

matrix.c

@@ -4,32 +4,157 @@
 
 // TODO Matrix-Funktionen implementieren
 
+//Matrix dimensionieren
 Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols)
 {
-    
+    Matrix m; //Struktur anlegen, Varibale m von Typ Matrix
+
+    //Sonderfall aus Unit-Test, wenn rows == 0 oder cols == 0, darf kein Speicher allokiert werden
+    if(rows==0 || cols==0){
+        m.rows = 0;
+        m.cols = 0;
+        m.buffer = NULL;
+        return m;
+}
+
+    //Normalfall
+    m.rows = rows;    // strukurvariable.feldname --> Struktur-Zugriffsoperator
+    m.cols = cols;
+    m.buffer = malloc((rows * cols) * sizeof(MatrixType)); //Speicher reserviert für Elemente
+
+    return m;
 }
 
 void clearMatrix(Matrix *matrix)
 {
-    
+    // falls Speicher existiert (buffer NICHT NULL ist): freigeben
+    if(matrix->buffer != NULL)
+    {
+        free(matrix->buffer);// Speicher freigegeben aber zeigt irgendwo hin (dangling pointer)
+    }
+
+    //Matrix in definierten leeren Zustand setzen
+    matrix->buffer = NULL; // dangling pointer zurücksetzen
+    matrix->rows = 0;
+    matrix->cols = 0;
 }
 
+//Wert in Matrix schreiben und wo genau
 void setMatrixAt(MatrixType value, Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
 {
-    
+    // Sicherheit: wenn buffer == NULL (kein gültiger Speicher) oder Index außerhalb der Matrix --> return
+    if(matrix.buffer == NULL || rowIdx >= matrix.rows || colIdx >= matrix.cols)
+    {
+        return;
+    }
+    //index = Zeile * Anzahl_Spalten + Spalte
+    unsigned int index = rowIdx * matrix.cols + colIdx;
+
+    // Schreibt value direkt an die berechnete Position im Matrixspeicher
+    matrix.buffer[index] = value;
 }
 
 MatrixType getMatrixAt(const Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
 {
-    
+    if (matrix.buffer == NULL || rowIdx >= matrix.rows || colIdx >= matrix.cols)
+    {
+        return 0;
+    }
+
+    unsigned int index = rowIdx * matrix.cols + colIdx;
+
+    return matrix.buffer[index];
 }
 
 Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
-    
+    Matrix result;
+
+    //Zeilen müssen gleich sein
+    if (matrix1.rows != matrix2.rows)
+    {
+        result.rows = 0;
+        result.cols = 0;
+        result.buffer = NULL;
+        return result;
+    }
+
+
+    //Spalten müssen gleich sein (mit broadcasting)
+    //Fälle: gleiche Spalten ok, matrix1 hat 1 Spalte, matrix2 hat 1 Spalte
+    //sonst inkompatibel
+    if (matrix1.cols != matrix2.cols && matrix1.cols != 1 && matrix2.cols != 1)
+    {
+        result.rows = 0;
+        result.cols = 0;
+        result.buffer = NULL;
+        return result;
+    }
+
+    result.rows = matrix1.rows;
+    result.cols = (matrix1.cols > matrix2.cols) ? matrix1.cols : matrix2.cols;
+
+    result.buffer = malloc(result.rows * result.cols * sizeof(MatrixType));
+
+    for (unsigned int r = 0; r < result.rows; r++)
+    {
+        for (unsigned int c = 0; c < result.cols; c++)
+        {
+            // Bestimme Spalte für matrix1:
+            // Wenn nur 1 Spalte -> immer Spalte 0 benutzen
+            unsigned int c1 = (matrix1.cols == 1) ? 0 : c;
+
+            // Bestimme Spalte für matrix2:
+            unsigned int c2 = (matrix2.cols == 1) ? 0 : c;
+
+            MatrixType v1 = getMatrixAt(matrix1, r, c1);
+            MatrixType v2 = getMatrixAt(matrix2, r, c2);
+
+            setMatrixAt(v1 + v2, result, r, c);
+        }
+    }
+
+    return result;
 }
 
+
 Matrix multiply(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
 {
-    
-}
+    Matrix result;
+
+    if(matrix1.cols != matrix2.rows)
+    {
+    result.rows = 0;
+    result.cols = 0;
+    result.buffer = NULL;
+    return result;
+    }
+
+
+    result.rows = matrix1.rows;
+    result.cols = matrix2.cols;
+
+    result.buffer = malloc(result.rows * result.cols * sizeof(MatrixType));
+
+    for (unsigned int r = 0; r < result.rows; r++)
+    {
+        for (unsigned int c = 0; c < result.cols; c++)
+        {
+            MatrixType sum = 0;
+
+            // gemeinsame Dimension = matrix1.cols = matrix2.rows
+            for (unsigned int i = 0; i < matrix1.cols; i++)
+            {
+                MatrixType a = getMatrixAt(matrix1, r, i);
+                MatrixType b = getMatrixAt(matrix2, i, c);
+
+                sum += a * b;
+            }
+
+            setMatrixAt(sum, result, r, c);
+        }
+    }
+
+    return result;
+}
+

matrix.h

@@ -6,6 +6,11 @@
 typedef float MatrixType;
 
 // TODO Matrixtyp definieren
+typedef struct {
+    unsigned int rows;
+    unsigned int cols;
+    MatrixType* buffer; //buffer Pointer zeigt auf Heap, mit malloc dort dann Speicher reservieren
+} Matrix;
 
 
 Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols);
@@ -16,4 +21,4 @@ Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2);
 Matrix multiply(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2);
 
 
-#endif
+#endif

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 = (Matrix){0, 0, NULL};
 
     if(count > 0 && images != NULL)
     {

neuralNetwork.h

@@ -23,4 +23,4 @@ NeuralNetwork loadModel(const char *path);
 unsigned char *predict(const NeuralNetwork model, const GrayScaleImage images[], unsigned int numberOfImages);
 void clearModel(NeuralNetwork *model);
 
-#endif
+#endif

neuralNetworkTests.c

@@ -6,11 +6,46 @@
 #include "neuralNetwork.h"
 
 
+
 static void prepareNeuralNetworkFile(const char *path, const NeuralNetwork nn)
 {
-    // TODO
+        //öffnet die Datei in Binär zum schreiben
+        FILE *file = fopen(path, "wb");
+        if (!file) return;
+        //Fester Headerstring
+        const char *tag = "__info2_neural_network_file_format__";
+        fwrite(tag, sizeof(char), strlen(tag), file);
+        //Bestimmt die Eingabedimension
+        int inputDim = nn.layers[0].weights.cols;
+        fwrite(&inputDim, sizeof(int), 1, file);
+
+
+        for (unsigned int i = 0; i < nn.numberOfLayers; i++) {
+
+            const Layer *L = &nn.layers[i];
+            const Matrix *W = &L->weights;
+            const Matrix *B = &L->biases;
+
+            int outputDim = W->rows;
+            fwrite(&outputDim, sizeof(int), 1, file);
+            //Anzahl der Weight-Werte
+            size_t weightCount = (size_t)(W->rows * W->cols);
+            fwrite(&weightCount, sizeof(size_t), 1, file);
+            //Anzahl der Bias-Werte
+            size_t biasCount = (size_t)(B->rows * B->cols);
+            fwrite(B->buffer, sizeof(MatrixType), biasCount, file);
+
+            inputDim = outputDim;
+        }
+
+        int zero = 0;
+        fwrite(&zero, sizeof(int), 1, file);
+
+        fclose(file);
+
 }
 
+
 void test_loadModelReturnsCorrectNumberOfLayers(void)
 {
     const char *path = "some__nn_test_file.info2";