Java 浮动中的三维模式搜索[][]

我有一个浮点值数组，可以解释为灰度图像或3D曲面（高度贴图）。 例如，它可能是一个10x10阵列，如下所示：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 4 0 9 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 3 0
0 8 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 6 0 2 8 7 0 0
0 0 0 0 0 3 5 5 0 0
0 0 0 0 0 6 2 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

我正在寻找一个Java库（或高效算法）来检测一个（或多个）类似于参考模式的模式的存在和位置，例如，无论我在寻找什么，我都希望获得位置（5,5）：

2 8 7
3 5 5
6 2 1

或：

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有什么想法吗？

如果您可以将数据表示为一维 数组实际上有一个字符串（仅包含数值） 可以用正则表达式搜索模式。万一 这在Java中是不可能的（例如，创建一个浮点字符串） （角色）你自己的角色应该不会太难（简单） 匹配正则表达式的实现[1]

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[1] 这是一个图像过滤问题。最基本的方法可以这样表达：

for i in 0..image.height
  for j in 0..image.width
    result = 0
    for k in 0..pattern.height
      for l in 0..pattern.width
        if  i + k < image.height && j + l < image.width
          result += image[i + k][j + l] * pattern[k][l]
    if result > threshold
      /* Found a solution */

0..image.height中的i的

对于0..image.width中的j
结果=0
对于0..pattern.height中的k
对于0..pattern.width中的l
如果i+k阈值
/*找到了解决办法*/

对于给定的问题，您必须通过反复试验才能找到阈值。也许首先将数字标准化为[0,1]区间是个好主意。例如，

result/（pattern.width*pattern.height）>0.75

表示“75%喜欢这个图案”

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根据图像和模式的大小，这可能会很慢-在这种情况下，您可以查看我不知道有任何Java库，但我认为编程不会太难。这个问题可以被看作是子字符串问题的派生，除非你没有线性字符串。下面是一些Java-ish伪代码，可能非常接近

for(int x = 0; x < heightmap.width(); ++x)
    for(int y = 0; y < heightmap.height(); ++y)
        if(find_pattern(x, y))
            // YAY! pattern starts at (x, y)

// start at (x, y) and find an exact match
boolean find_pattern(int x, int y)
{
      for(int xx = 0; xx < pattern.width(); ++x)
          for(int yy = 0; yy < pattern.width(); ++x)
              if(heightmap[x + xx][y + yy] != pattern[xx][yy])
                  return false;
      return true; 
}

for（int x=0；x

这将找到一个精确的匹配。若您想要一些东西，比如说正负2，那个么您需要在find_pattern（）中使用一点额外的逻辑，而不是！=比较

可能还有其他一些算法运行得更好。这可能是最简单的编程。从复杂性的角度来看，这以O（n^2*m^2）表示：给定n是heightmap的宽度和高度，m是模式的宽度和高度

注意：这不进行边界检查

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如果实现边界检查，将减少所需的比较次数，因为显然上述模式无法从高度贴图最右边的两列开始。有趣的是，当你进行边界检查时，复杂度变为O（n^2），因为n:m的比率变为1:1或0:1

这个算法的效率应该有多高？显然，你可以在nnm*m时间内完成。为了更好的估计，你需要一些先进的技术。是的，谢谢。我知道有可能编写这样的函数，但我想知道是否有更高效的算法，即使在CPU使用率较低的情况下，也能很好地处理大数据。例如，我听说了小波的东西，但我没有找到任何Java库来做这个。。。

for(int x = 0; x < heightmap.width(); ++x)
    for(int y = 0; y < heightmap.height(); ++y)
        if(find_pattern(x, y))
            // YAY! pattern starts at (x, y)

// start at (x, y) and find an exact match
boolean find_pattern(int x, int y)
{
      for(int xx = 0; xx < pattern.width(); ++x)
          for(int yy = 0; yy < pattern.width(); ++x)
              if(heightmap[x + xx][y + yy] != pattern[xx][yy])
                  return false;
      return true; 
}