c++ Kmeans图像压缩底层代码

以下是使用 C++ 底层实现 Kmeans 图像压缩的示例代码：

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>

using namespace std;
using namespace cv;

// 计算两个像素点的欧几里得距离
float euclideanDistance(const Vec3b& a, const Vec3b& b)
{
    float sum = 0.0;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        float diff = a[i] - b[i];
        sum += diff * diff;
    }
    return sqrt(sum);
}

int main()
{
    // 读取原始图像
    Mat img = imread("lena.jpg");

    // 将图像转为一维数组
    Mat samples = img.reshape(1, img.cols * img.rows);

    // 设置 Kmeans 参数
    int K = 16; // 分为 16 类
    int max_iter = 10;
    float epsilon = 1.0;
    int attempts = 3;

    // 随机初始化 K 个质心
    vector<Vec3b> centers(K);
    for (int i = 0; i < K; i++) {
        centers[i] = samples.at<Vec3b>(rand() % samples.rows);
    }

    // 运行 Kmeans 算法
    for (int iter = 0; iter < max_iter; iter++) {
        // 计算每个像素点到质心的距离，并将其分配到距离最近的质心所在的类别
        vector<vector<int>> clusters(K);
        for (int i = 0; i < samples.rows; i++) {
            float min_dist = FLT_MAX;
            int min_idx = -1;
            for (int j = 0; j < K; j++) {
                float dist = euclideanDistance(samples.at<Vec3b>(i), centers[j]);
                if (dist < min_dist) {
                    min_dist = dist;
                    min_idx = j;
                }
            }
            clusters[min_idx].push_back(i);
        }

        // 更新质心的值为其所在类别的所有像素点的平均值
        for (int j = 0; j < K; j++) {
            Vec3f sum(0.0, 0.0, 0.0);
            for (int i : clusters[j]) {
                sum += samples.at<Vec3b>(i);
            }
            if (!clusters[j].empty()) {
                centers[j] = sum / (float)clusters[j].size();
            }
        }
    }

    // 将每个像素点的值替换为其所属质心值
    Mat new_img(img.size(), img.type());
    for (int i = 0; i < img.rows; i++) {
        for (int j = 0; j < img.cols; j++) {
            float min_dist = FLT_MAX;
            int min_idx = -1;
            for (int k = 0; k < K; k++) {
                float dist = euclideanDistance(img.at<Vec3b>(i, j), centers[k]);
                if (dist < min_dist) {
                    min_dist = dist;
                    min_idx = k;
                }
            }
            new_img.at<Vec3b>(i, j) = centers[min_idx];
        }
    }

    // 显示压缩后的图像
    imshow("compressed image", new_img);
    waitKey(0);

    return 0;
}

需要注意的是，由于使用了随机初始化，每次运行的结果可能不同。因此，为了得到更好的压缩效果，可以多次运行 Kmeans 算法，选择最优的结果。此外，为了提高计算效率，可以考虑使用并行计算或 GPU 加速。