Ответы пользователя по тегу Алгоритмы
  • Определение центра окружности или эллипса по его точкам

    @megalol
    Отстойные, но довольно быстрые, способы — через решение систем уравнений влоб. Типа, окружность по трем точкам, эллипс по восьми (?) точкам, перебираем комбинации все/случайным образом и усредняем результат. То, что предлагает mayorovp вторым пунктом. Почему отстойные — устойчивость плохая. Именно так мы делаем у себя — способы действительно отстойные и требуют костылей, но действительно быстрые. Разница между реальным центром и найденным таким способом намного меньше пикселя, но костылей действительно много. Например, отбирая треугольник при поиске окружности по 3-м точкам, нужно, чтобы все три точки были из разных четвертей окружности.
    Я не рекомендую — кода много, а экономия оправдывает себя только на железе 20 летней давности, когда нужен околорилтайм. Для эллипса по-моему малореально вообще что-либо нормальное получить.

    Универсальный способ — метод наименьших квадратов. То есть заставить компьютер подобрать такие параметры эллипса чтобы разница между эллипсом и нашими точками была минимальной. Лучше критерий сложно придумать — хотя иногда получается не то, что ожидаешь, но это скорее говорит о том, что исходные данные неправильные.

    Алгоритм такой:
    1. Выбираем подходящее уравнение эллипса.
    2. Пишeм целевую функцию (сумма квадратов уравнения для каждой точки исходных данных). По необходимости добавляем к целевой функции дополнительные условия, типа невырождаемости эллипса в гиперболу. Типа, если условие нарушается, устремляем ее в бесконечность.
    3. Выбираем минимизатор (градиентный спуск, нормальное уравнение т. д.)
    4. Если результаты не устраивают по скорости или качеству, возвращаемся к п. 3 или к п. 1.

    По поводу третьего пункта. В России почему-то считается, что МНК — это когда решение идет с помощью нормального уравнения (составляем матрицы и решаем (AtA)^-1*At*x=b без итераций в один присест). Это не так. Минимизировать можно каким угодно способом. Хоть генетическими алгоритмами. Нормальное уравнение хорошо тогда, когда член (AtA)^-1 получается маленькой квадратной матрицей. То есть когда параметров мало, а точек очень много. Систему уравнений для эллипса вообще к виду A*x-b=0 привести служно. Искать соответствующие статьи как это делается мне влом, поэтому я пойду влоб, в качестве минимизатора взяв стандартный матлабовский.

    Используя формулы mayorovp.

    
    %точки
    xs = [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10];
    ys = [11 10 9 7 5 4 3 2 1 1];
    
    %сначала приблизим окружностью - чтобы не вырождалось в гиперболу
    %уравнение окружности
    circ = @(xs, ys, x0, y0, Rsq) (xs - x0).^2 + (ys - y0).^2 - Rsq;
    %целевая функция МНК
    fitfunc1 = @(X) sum( ( circ(xs, ys, X(1), X(2), X(3)) ) .^2 );
    
    %начальное приближение
    x0 = mean(xs);
    y0 = mean(ys);
    R = 1;
    result1 = fminsearch(fitfunc1, [x0 y0 R], optimset('display', 'iter'));
    
    
    %уравнение эллипса
    ellipse = @(xs, ys, x0, y0, A, B, C, F) A*(xs-x0).^2 + B*(xs-x0).*(ys-y0) + C*(ys-y0).^2 - F;
    %целевая функция МНК
    fitfunc2 = @(X) sum( ( ellipse(xs, ys, X(1), X(2), X(3), X(4), X(5), X(6))) .^2 );
    
    %начальное приближение - найденная окружность
    x0 = result1(1);
    y0 = result1(2);
    A = 1;
    B = 0;
    C = 1;
    F = result1(3);
     
    %сумма квадратов целевой функции для каждой точки
    result = fminsearch(fitfunc2, [x0 y0 A B C F], optimset('display', 'iter'));
     
    figure
    hold on;
    %изначальные точки
    scatter(xs, ys,'b');
    %эллипс
    xs1 = -2:0.005:20;
    ys1 = -2:0.005:20;
    [xss yss] = meshgrid(xs1, ys1);
    ell = abs(ellipse(xss(:), yss(:), result(1), result(2), result(3), result(4), result(5), result(6)) ) < 0.0001;
    scatter(xss(ell), yss(ell),'r');
    
    
    
    Ответ написан
    6 комментариев
  • Многомерная аппроксимация полиномами?

    @megalol
    Никакой особой разницы между одномерным и многомерным линейным МНК нет, если в одномерном МНК матрица A

    1 x1 x1^2 x1^3…
    1 x2 x2^2 x2^3…
    1 x3 x3^2 x3^3…


    то в многомерном матрица та, какая нужна:

    1 x1*y1 x1*y1^2…
    1 x2*y2 x2*y2^2…
    1 x3*y3 x3*y3^2…
    1 x4*y4 x4*y4^2…


    А дальше стандартное coefs = inv(A^T * A) * A^T * вектор_z.
    Ответ написан
    1 комментарий
  • Алгоритмы для обработки и анализа звука

    @megalol
    musicdsp.org и евонный форум, и e-mail рассылка.
    На русском — любая книжка по цифровой обработке сигналов даст нормальную базу.

    По вашей ситуации алгоритм такой:
    микрофон(звук)=>АЦП(цифровой массив)=>оконное FFT(массив комплексных чисел)=>массив амплитуд(массив действительных чисел)=>относительная частота максимума=>частота максимума=>нота

    Для вашей ситуации нужно знать api снятия звука с микрофона. Api будет выдавать порции звука кусками, допустим, по 1024 float'а. (При частоте дискретизации 44100 это будет 44100/1024 = 43 миллисекунды).
    К этому куску нужно применить оконное быстрое преобразование Фурье (FFT), поищите где-нибудь нормальную статью, в котором оно объясняется (пригодится книжка по цифровой обработке сигналов). В интернете есть куча библиотечных функций.
    Чтобы знать, что преобразование вообще делает, советую поставить Adobe^W Audition^W бесплатный аудиоредактор со спектроанализатором и посмотреть, что делается со звуком разных нот, на что влияет размер окна и т. п. Мозг сам по себе тоже работает со спектром, а не с самим сигналом, поэтому интуитивно все понимается на ура.

    У FFT, чем больше данных, тем большее спектральное разрешение. Для нужного разрешения, может быть нужно FFT'ить 8192 байта, или около того. FFT выдаст массив из 8192 комплексных чисел, модуль каждого из этих чисел даст амплитуду спектра. При этом значения 4096-8191 будут зеркальной копией 0-4095, такова особенность алгоритма. У комплексных чисел можно получить амплитуду, фаза в данном случае не нужна, а амплитуда — sqrt(re^2+im^2). Ну а дальше поиском максимума в массиве.

    Максимум будет относительной частотой (массив-то 0-4095, а частоты 0-44100/2). Чтобы перевести абсолютную в относительную, нужно по пропорции умножить на 44100/8192. Т.е. на частоту дискретизации деленную на размер окна FFT. И теперь перевести частоту в ноту. Там экспоненциальная зависимость (частота следующей ноты выше частоты предыдущей в корень двенадцатой степени из двух), с помощью таблички вида (A4 440; A#4 465.96] найти ближайшую не сложно.
    Ответ написан
    Комментировать