（OpenCV）函数cv::partition解析

本文地址：http://blog.csdn.net/mounty_fsc/article/details/51085072

1. 简介

• 功能：为一个模板函数，把数据类型为_Tp的一组集合进行聚类，分成若干个类别。
• 思想：该算法为《算法导论》（Introduction to Algorythms）中Data structures for disjoint sets章节描述的不相交集的实现，算法思想见博文（Algorithm）不相交集（Disjoint-set） 。
• 该算法为聚类算法，属于层次聚类算法（Hierarchical Clustering），思想上符合AGNES (Agglomerative Nesting)，一种从底向上聚类的算法。但实现上还有有些区别。

2. 源代码

源代码注释写的非常详细了，要注释的内容不多。

/** @brief Splits an element set into equivalency classes.  
@param _vec Set of elements stored as a vector.  
@param labels Output vector of labels. It contains as many elements as vec. 
Each label labels[i] is a 0-based cluster index of `vec[i]`.  
@param predicate Equivalence predicate (pointer to a boolean function of two arguments or an
instance of the class that has the method bool operator()(const _Tp& a, const _Tp& b) ). The
predicate returns true when the elements are certainly in the same class, and returns false 
if they may or may not be in the same class. 
*/
template<typename _Tp, class _EqPredicate> int
partition( const vector<_Tp>& _vec, vector<int>& labels,
           _EqPredicate predicate=_EqPredicate())
{
    int i, j, N = (int)_vec.size();
    const _Tp* vec = &_vec[0];

    const int PARENT=0;
    const int RANK=1;

    vector<int> _nodes(N*2);
    int (*nodes)[2] = (int(*)[2])&_nodes[0];

    // The first O(N) pass: create N single-vertex trees
    for(i = 0; i < N; i++)
    {
        nodes[i][PARENT]=-1;
        nodes[i][RANK] = 0;
    }
    // The main O(N^2) pass: merge connected components
    // 注意：
    // root表示i的根节点
    // root2表示j的根节点
    // 在执行predicate时是i,j节点而不是root,root2节点，这样就保证了
    // 原始的N个基本元素间互相都做了比较
    for( i = 0; i < N; i++ )
    {
        int root = i;

        // find root
        while( nodes[root][PARENT] >= 0 )
            root = nodes[root][PARENT];

        for( j = 0; j < N; j++ )
        {
            if( i == j || !predicate(vec[i], vec[j]))
                continue;
            int root2 = j;

            while( nodes[root2][PARENT] >= 0 )
                root2 = nodes[root2][PARENT];

            if( root2 != root )
            {
                // unite both trees
                int rank = nodes[root][RANK], rank2 = nodes[root2][RANK];
                if( rank > rank2 )
                    nodes[root2][PARENT] = root;
                else
                {
                    nodes[root][PARENT] = root2;
                    nodes[root2][RANK] += rank == rank2;
                    root = root2;
                }
                assert( nodes[root][PARENT] < 0 );

                int k = j, parent;

                // compress the path from node2 to root
                while( (parent = nodes[k][PARENT]) >= 0 )
                {
                    nodes[k][PARENT] = root;
                    k = parent;
                }

                // compress the path from node to root
                k = i;
                while( (parent = nodes[k][PARENT]) >= 0 )
                {
                    nodes[k][PARENT] = root;
                    k = parent;
                }
            }
        }
    }

    // Final O(N) pass: enumerate classes
    labels.resize(N);
    int nclasses = 0;

    for( i = 0; i < N; i++ )
    {
        int root = i;
        while( nodes[root][PARENT] >= 0 )
            root = nodes[root][PARENT];
        // re-use the rank as the class label
        // 这部分代码写的很漂亮、巧妙
        // 把i所在类的根节点的秩赋值为类别值
        // 但做了取反得到对应的负数，下一次if就不用执行了
        if( nodes[root][RANK] >= 0 )
            nodes[root][RANK] = ~nclasses++;
        labels[i] = ~nodes[root][RANK];
    }
    return nclasses;
}

3. 应用

在去除物体检测中，常常需要对重复的bounding box删除，需要使用groupRectangles函数，该函数则是对partition的一层封装。在gropRectangels中，计算矩形间相似度的_EqPredicate为SimilarRects，其定义如下，几何上来说，如果矩阵r1,r2在空间上是比较接近的，则返回true，否则false。但是值得注意的是，如果r1包含r2，则不一定会判定为r1与r2很接近，所以在HOG中的，gropRectangels还进行了一层去除包含关系的操作。

class CV_EXPORTS SimilarRects
{
public:
    SimilarRects(double _eps) : eps(_eps) {}
    inline bool operator()(const Rect& r1, const Rect& r2) const
    {
        // delta为最小长宽的eps倍，
        double delta = eps*(std::min(r1.width, r2.width) + std::min(r1.height, r2.height))*0.5;
        // 如果矩形的四个顶点的位置差别都小于delta，则表示相似的矩形
        return std::abs(r1.x - r2.x) <= delta &&
               std::abs(r1.y - r2.y) <= delta &&
               std::abs(r1.x + r1.width - r2.x - r2.width) <= delta &&
               std::abs(r1.y + r1.height - r2.y - r2.height) <= delta;
    }
    double eps;
};