fundo

PICASCII é uma ferramenta elegante que converte imagens em arte ASCII.

Atinge diferentes graus de brilho usando os dez caracteres ASCII a seguir:

@#+';:,.` 

Diremos que esses charxels (elementos de caractere) têm brilho de 1 (sinal de arroba) a 10 (espaço).

Abaixo, você pode ver os resultados da conversão de um pequeno código, a bandeira galesa, um fractal estendido, uma truta grande e um pouco de golfe, exibidos com a fonte correta:

Você pode ver as imagens neste violino e fazer o download delas no Google Drive .

Tarefa

Embora os resultados finais do PICASCII sejam visualmente agradáveis, todas as cinco imagens combinadas pesam 153.559 bytes. Quanto essas imagens podem ser compactadas se estivermos dispostos a sacrificar parte de sua qualidade?

Sua tarefa é escrever um programa que aceite uma imagem artística ASCII como as anteriores e uma qualidade mínima como entrada e imprima uma compactação com perdas da imagem - na forma de um programa completo ou de uma função retornando uma única sequência - que satisfaça a exigência de qualidade.

Isso significa que você não consegue escrever um descompressor separado; ele deve estar embutido em cada uma das imagens compactadas.

A imagem original consistirá em charxels com brilho entre 1 e 10, separados por feeds de linha em linhas do mesmo comprimento. A imagem compactada deve ter as mesmas dimensões e usar o mesmo conjunto de caracteres.

Para uma imagem não compactada que consiste em n charxels, a qualidade de uma versão compactada da imagem é definida como

onde c _i é o brilho do i- ^ésimo charxel da saída da imagem compactada e u _é o brilho do i- ^ésimo charxel da imagem não compactada.

Pontuação

Seu código será executado com as cinco imagens acima como entrada e configurações de qualidade mínima de 0,50, 0,60, 0,70, 0,80 e 0,90 para cada uma das imagens.

Sua pontuação é a média geométrica dos tamanhos de todas as imagens compactadas, ou seja, a vigésima quinta raiz do produto, dos comprimentos de todas as vinte e cinco imagens compactadas.

A pontuação mais baixa vence!

Regras adicionais

• Seu código precisa funcionar para imagens arbitrárias, não apenas para as usadas na pontuação.

  Espera-se que você otimize seu código para os casos de teste, mas um programa que nem tente compactar imagens arbitrárias não receberá um voto positivo de mim.

• O seu compressor pode usar compressores de fluxo de bytes embutidos (por exemplo, gzip), mas você mesmo deve implementá-los para as imagens compactadas.

  Bulit-ins normalmente usados ​​em descompressores de fluxo de bytes (por exemplo, conversão de base, decodificação no comprimento da execução) são permitidos.

• Compressor e imagens compactadas não precisam estar no mesmo idioma.

  No entanto, você deve escolher um único idioma para todas as imagens compactadas.

• Para cada imagem compactada, aplicam-se regras de código padrão de golfe.

Verificação

Criei um script CJam para verificar facilmente todos os requisitos de qualidade e calcular a pontuação de um envio.

Você pode fazer o download do interpretador Java aqui ou aqui .

e# URLs of the uncompressed images.
e# "%s" will get replaced by 1, 2, 3, 4, 5.

"file:///home/dennis/codegolf/53199/original/image%s.txt"

e# URLs of the compressed images (source code).
e# "%s-%s" will get replaced by "1-50", "1-60", ... "5-90".

"file:///home/dennis/codegolf/53199/code/image%s-%s.php"

e# URLs of the compressed images (output).

"file:///home/dennis/codegolf/53199/output/image%s-%s.txt"

e# Code

:O;:C;:U;5,:)
{
    5,5f+Af*
    {
        C[IQ]e%g,X*:X;
        ISQS
        [U[I]e%O[IQ]e%]
        {g_W=N&{W<}&}%
        _Nf/::,:=
        {
            {N-"@#+';:,.` "f#}%z
            _::m2f#:+\,81d*/mq1m8#
            _"%04.4f"e%S
            @100*iQ<"(too low)"*
        }{
            ;"Dimension mismatch."
        }?
        N]o
    }fQ
}fI
N"SCORE: %04.4f"X1d25/#e%N

Exemplo

Bash → PHP, pontuação 30344.0474

cat

Atinge 100% de qualidade para todas as entradas.

$ java -jar cjam-0.6.5.jar vrfy.cjam
1 50 1.0000 
1 60 1.0000 
1 70 1.0000 
1 80 1.0000 
1 90 1.0000 
2 50 1.0000 
2 60 1.0000 
2 70 1.0000 
2 80 1.0000 
2 90 1.0000 
3 50 1.0000 
3 60 1.0000 
3 70 1.0000 
3 80 1.0000 
3 90 1.0000 
4 50 1.0000 
4 60 1.0000 
4 70 1.0000 
4 80 1.0000 
4 90 1.0000 
5 50 1.0000 
5 60 1.0000 
5 70 1.0000 
5 80 1.0000 
5 90 1.0000 

SCORE: 30344.0474

Java → CJam, pontuação 174417.89

import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.Reader;
import java.io.StringReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

import net.aditsu.cjam.CJam;

public class Compress {
    protected static final char[] DIGITS = "0123456789ABCDEFGHIJK".toCharArray();
    protected static final String CHARS = "@#+';:,.` ";
    protected static final char[] CHR = CHARS.toCharArray();

    private static class Img {
        public final int rows;
        public final int cols;
        public final int[][] a;

        public Img(final int rows, final int cols) {
            this.rows = rows;
            this.cols = cols;
            a = new int[rows][cols];
        }

        public Img(final List<String> l) {
            rows = l.size();
            cols = l.get(0).length();
            a = new int[rows][cols];
            for (int i = 0; i < rows; ++i) {
                for (int j = 0; j < cols; ++j) {
                    a[i][j] = CHARS.indexOf(l.get(i).charAt(j));
                }
            }
        }

        public static Img read(final Reader r) {
            try {
                final BufferedReader br = new BufferedReader(r);
                final List<String> l = new ArrayList<>();
                while (true) {
                    final String s = br.readLine();
                    if (s == null || s.isEmpty()) {
                        break;
                    }
                    l.add(s);
                }
                br.close();
                return new Img(l);
            }
            catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }

        public static Img read(final File f) {
            try {
                return read(new FileReader(f));
            }
            catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }

        public Img scaleDown(final int fr, final int fc) {
            final int r1 = (rows + fr - 1) / fr;
            final int c1 = (cols + fc - 1) / fc;
            final Img x = new Img(r1, c1);
            final int[][] q = new int[r1][c1];
            for (int i = 0; i < rows; ++i) {
                for (int j = 0; j < cols; ++j) {
                    x.a[i / fr][j / fc] += a[i][j];
                    q[i / fr][j / fc]++;
                }
            }
            for (int i = 0; i < r1; ++i) {
                for (int j = 0; j < c1; ++j) {
                    x.a[i][j] /= q[i][j];
                }
            }
            return x;
        }

        public Img scaleUp(final int fr, final int fc) {
            final int r1 = rows * fr;
            final int c1 = cols * fc;
            final Img x = new Img(r1, c1);
            for (int i = 0; i < r1; ++i) {
                for (int j = 0; j < c1; ++j) {
                    x.a[i][j] = a[i / fr][j / fc];
                }
            }
            return x;
        }

        public Img crop(final int r, final int c) {
            if (r == rows && c == cols) {
                return this;
            }
            final Img x = new Img(r, c);
            for (int i = 0; i < r; ++i) {
                for (int j = 0; j < c; ++j) {
                    x.a[i][j] = a[i][j];
                }
            }
            return x;
        }

        public Img rescale(final int fr, final int fc) {
            return scaleDown(fr, fc).scaleUp(fr, fc).crop(rows, cols);
        }

        public double quality(final Img x) {
            if (x.rows != rows || x.cols != cols) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }
            double t = 0;
            for (int i = 0; i < rows; ++i) {
                for (int j = 0; j < cols; ++j) {
                    final int y = a[i][j] - x.a[i][j];
                    t += y * y;
                }
            }
            t /= 81 * rows * cols;
            t = 1 - Math.sqrt(t);
            return Math.pow(t, 8);
        }

        @Override
        public String toString() {
            final StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < rows; ++i) {
                for (int j = 0; j < cols; ++j) {
                    sb.append(CHR[a[i][j]]);
                }
                sb.append('\n');
            }
            return sb.toString();
        }

        public Array toArray() {
            final Array x = new Array(rows * cols);
            int k = 0;
            for (int i = 0; i < rows; ++i) {
                for (int j = 0; j < cols; ++j) {
                    x.a[k++] = a[i][j];
                }
            }
            return x;
        }

        public String compress(final double quality) {
            int bi = 1;
            int bj = 1;
            int bs = rows * cols;
            Img bx = this;

            for (int i = 1; i < 3; ++i) {
                for (int j = 1; j < 3; ++j) {
                    Img x = rescale(i, j);
                    if (quality(x) >= quality) {
                        x = scaleDown(i, j);
                        if (x.rows * x.cols < bs) {
                            bi = i;
                            bj = j;
                            bs = x.rows * x.cols;
                            bx = x;
                        }
                    }
                }
            }

            Array a = bx.toArray();
            int bf = 0;
            for (int i = 1; i <= 20; ++i) {
                final int t = a.rle11(i).n;
                if (t < bs) {
                    bs = t;
                    bf = i;
                }
            }

            int b = 10;
            if (bf > 0) {
                b = 11;
                a = a.rle11(bf);
            }

            String s = null;
            for (int i = 92; i < 97; ++i) {
                for (char c = ' '; c < '$'; ++c) {
                    final String t = a.cjamBase(b, i, c);
                    boolean ok = true;
                    for (int j = 0; j < t.length(); ++j) {
                        if (t.charAt(j) > '~') {
                            ok = false;
                            break;
                        }
                    }
                    if (!ok) {
                        continue;
                    }
                    if (s == null || t.length() < s.length()) {
                        s = t;
                    }
                }
            }

            if (bf > 0) {
                s += "{(_A={;()";
                if (bf > 1) {
                    s += DIGITS[bf] + "*";
                }
                s += "\\(a@*}&\\}h]e_";
            }
            if (bi * bj == 1) {
                return s + '"' + CHARS + "\"f=" + cols + "/N*";
            }
            s += bx.cols + "/";
            if (bi > 1) {
                s += bi + "e*";
                if (rows % 2 == 1) {
                    s += "W<";
                }
            }
            if (bj > 1) {
                s += bj + "fe*";
                if (cols % 2 == 1) {
                    s += "Wf<";
                }
            }
            return s + '"' + CHARS + "\"ff=N*";
        }

        public void verify(final String s, final double quality) {
            final String t = CJam.run(s, "");
            final Img x = read(new StringReader(t));
            final double q = quality(x);
            if (q < quality) {
                throw new RuntimeException(q + " < " + quality);
            }
//          System.out.println(q + " >= " + quality);
        }
    }

    private static class Array {
        public final int[] a;
        public final int n;

        public Array(final int n) {
            this.n = n;
            a = new int[n];
        }

        public Array(final int[] a) {
            this.a = a;
            n = a.length;
        }

        public String join() {
            final StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int x : a) {
                sb.append(x).append(' ');
            }
            sb.setLength(sb.length() - 1);
            return sb.toString();
        }

//      public String cjamStr() {
//          final StringBuilder sb = new StringBuilder("\"");
//          for (int x : a) {
//              sb.append(DIGITS[x]);
//          }
//          sb.append("\":~");
//          return sb.toString();
//      }

        public String cjamBase(final int m, final int b, final char c) {
            final boolean zero = a[0] == 0;
            String s = join();
            if (zero) {
                s = "1 " + s;
            }
            s = CJam.run("q~]" + m + "b" + b + "b'" + c + "f+`", s);
            s += "'" + c + "fm" + b + "b" + DIGITS[m] + "b";
            if (zero) {
                s += "1>";
            }
            return s;
        }

        public Array rle11(final int f) {
            final int[] b = new int[n];
            int m = 0;
            int x = -1;
            int k = 0;
            for (int i = 0; i <= n; ++i) {
                final int t = i == n ? -2 : a[i];
                if (t == x && m < 11 * f) {
                    m++;
                }
                else {
                    if (m >= f && m > 3) {
                        b[k++] = 10;
                        b[k++] = m / f - 1;
                        b[k++] = x;
                        for (int j = 0; j < m % f; ++j) {
                            b[k++] = x;
                        }
                    }
                    else {
                        for (int j = 0; j < m; ++j) {
                            b[k++] = x;
                        }
                    }
                    m = 1;
                    x = t;
                }
            }
            return new Array(Arrays.copyOf(b, k));
        }
    }

    private static void score() {
        double p = 1;
        for (int i = 1; i < 6; ++i) {
            final File f = new File("image" + i + ".txt");
            final Img img = Img.read(f);
            final int n = (int) f.length();
            for (int j = 5; j < 10; ++j) {
                final double q = j / 10.0;
                final String s = img.compress(q);
                System.out.println(f.getName() + ", " + q + ": " + n + " -> " + s.length());
                img.verify(s, q);
                p *= s.length();
            }
        }
        System.out.println(Math.pow(p, 1 / 25.0));
    }

    public static void main(final String... args) {
        if (args.length != 2) {
            score();
            return;
        }
        final String fname = args[0];
        final double quality = Double.parseDouble(args[1]);
        try {
            final Img img = Img.read(new File(fname));
            final String s = img.compress(quality);
            img.verify(s, quality);
            final FileWriter fw = new FileWriter(fname + ".cjam");
            fw.write(s);
            fw.close();
        }
        catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException();
        }
    }
}

Requer o jar CJam no caminho de classe. Se você fornecer dois argumentos de linha de comando (nome e qualidade do arquivo), ele anexará ".cjam" ao nome do arquivo e gravará a imagem compactada. Caso contrário, ele calcula sua pontuação nas 5 imagens de teste, que são consideradas no diretório atual. O programa também verifica todas as imagens compactadas automaticamente. Convém verificar novamente o cálculo da pontuação, caso haja alguma discrepância.

As técnicas usadas (até agora) são: escalar para metade (horizontal, vertical ou ambos) se não reduzir muito a qualidade, um RLE com código personalizado e conversão básica para compactar mais dados em cada caractere enquanto permanece no gama ASCII imprimível.

Python 3.5 (principal e de saída) (atualmente não competitivo)

Feliz Aniversário, Desafio! Aqui está o seu presente: uma resposta!

EDIT: Saída convertida em código python, taxa de compactação aprimorada (ligeiramente) EDIT2: Imprimiu em bruto quando size é 1. Pontuação aprimorada, mas a pontuação precisa ser calculada novamente. EDIT3: @Dennis apontou que eu ainda tenho bugs para corrigir, então marquei a resposta como não-competitiva

Código:

import sys
LIST = [' ','`','.',',',':',';',"'",'+','#','@']

def charxel_to_brightness(charxel):
    return LIST.index(charxel)

def brightness_to_charxel(bright):
    return LIST[bright]

def image_to_brightness(imagetext):
    return [list(map(charxel_to_brightness,line)) for line in imagetext.split("\n")]

def brightness_to_image(brightarray):
    return '\n'.join([''.join(map(brightness_to_charxel,line)) for line in brightarray])

def split_into_parts(lst,size):
    return [lst[x:x+size] for x in range(0, len(lst), size)]

def gen_updown(startxel,endxel,size):
    return [[int((size-r)*(endxel-startxel)/size+startxel) for c in range(size)] for r in range(size)]

def gen_leftright(startxel,endxel,size):
    return [[int((size-c)*(endxel-startxel)/size+startxel) for c in range(size)] for r in range(size)]

def gen_tlbr(startxel,endxel,size):
    return [[int((2*size-r-c)/2*(endxel-startxel)/size+startxel) for c in range(size)] for r in range(size)]

def gen_bltr(startxel,endxel,size):
    return [[int((size-r+c)/2*(endxel-startxel)/size+startxel) for c in range(size)] for r in range(size)]

def gen_block(code,startxel,endxel,size):
    if code==0:return gen_updown(startxel,endxel,size)
    if code==1:return gen_leftright(startxel,endxel,size)
    if code==2:return gen_bltr(startxel,endxel,size)
    if code==3:return gen_tlbr(startxel,endxel,size)

def vars_to_data(code,startxel,endxel):
    acc=endxel
    acc+=startxel<<4
    acc+=code<<8
    return acc

def data_to_vars(data):
    code=data>>8
    startxel=(data>>4)&15
    endxel=data&15
    return code,startxel,endxel

def split_into_squares(imgarray,size):
    rows = split_into_parts(imgarray,size)
    allsquares = []
    for rowblock in rows:
        splitrows = []
        for row in rowblock:
            row = split_into_parts(row,size)
            splitrows.append(row)
        rowdict = []
        for row in splitrows:
            for x in range(len(row)):
                if len(rowdict)<=x:
                    rowdict.append([])
                rowdict[x].append(row[x])
        allsquares.append(rowdict)
    return allsquares

def calc_quality(imgarray,comparray):
    acc=0
    for row in range(len(imgarray)):
        for col in range(len(imgarray[row])):
            acc+=pow(imgarray[row][col]-comparray[row][col],2)
    return (1-(acc/81.0/sum([len(row) for row in imgarray]))**.5)**8

def fuse_squares(squarray):
    output=[]
    counter=0
    scounter=0
    sqrow=0
    while sqrow<len(squarray):
        if scounter<len(squarray[sqrow][0]):
            output.append([])
            for square in squarray[sqrow]:
                output[counter].extend(square[scounter])
            scounter+=1
            counter+=1
        else:
            scounter=0
            sqrow+=1
    return output

def main_calc(imgarray,threshold):
    imgarray = image_to_brightness(imgarray)
    size = 9
    quality = 0
    compimg=[]
    datarray=[]
    testdata = [vars_to_data(c,s,e) for c in range(4) for s in range(10) for e in range(10)]
    while quality<threshold:
        squares = split_into_squares(imgarray,size)
        compimg = []
        datarray = []
        testblock = [gen_block(c,s,e,size) for c in range(4) for s in range(10) for e in range(10)]
        for row in squares:
            comprow = []
            datrow=[]
            for square in row:
                quality_values = [calc_quality(square,block) for block in testblock]
                best_quality = quality_values.index(max(quality_values))
                comprow.append(testblock[best_quality])
                datrow.append(testdata[best_quality])
            compimg.append(comprow)
            datarray.append(datrow)
        compimg = fuse_squares(compimg)
        quality = calc_quality(imgarray,compimg)
        print("Size:{} Quality:{}".format(size,quality))
        size-=1
    return brightness_to_image(compimg),datarray,size+1

template = '''def s(d,s,e,z):
 x=range(z)
 return d<1 and[[int((z-r)*(e-s)/z+s)for c in x]for r in x]or d==1 and[[int((z-c)*(e-s)/z+s)for c in x]for r in x]or d==2 and[[int((2*z-r-c)/2*(e-s)/z+s)for c in x]for r in x]or d>2 and[[int((z-r+c)/2*(e-s)/z+s)for c in x] for r in x]
i=lambda a:'\\n'.join([''.join(map(lambda r:" `.,:;'+#@"[r],l))for l in a])
def f(a):
 o=[];c=0;s=0;r=0
 while r<len(a):
  if s<len(a[r][0]):
   o.append([])
   for q in a[r]:
    o[c].extend(q[s])
   s+=1;c+=1
  else:
   s=0;r+=1
 return o
t={};z={}
print(i(f([[s(D>>8,(D>>4)&15,D&15,z)for D in R]for R in t])))'''

template_size_1 = '''print("""{}""")'''   

def main(filename,threshold):
    print(filename+" "+str(threshold))
    file = open(filename,'r')
    compimg,datarray,size = main_calc(file.read(),threshold)
    file.close()
    textoutput = open(filename.split(".")[0]+"-"+str(threshold*100)+".txt",'w')
    textoutput.write(compimg)
    textoutput.close()
    compoutput = open(filename.split(".")[0]+"-"+str(threshold*100)+".py",'w')
    datarray = str(datarray).replace(" ","")
    code = ""
    if size==1:
        code = template_size_1.format(compimg)
    else:
        code= template.format(datarray,str(size))
    compoutput.write(code)
    compoutput.close()
    print("done")

if __name__ == "__main__":
    main(sys.argv[1],float(sys.argv[2]))

Esta resposta pode usar muito melhorias, então provavelmente estarei trabalhando nisso mais no fim de semana.

Como isso funciona:

• Divida a imagem em blocos de tamanho size .
• Encontre o melhor bloco correspondente
  • Blocos podem ter gradiente agora!
• Calcular a qualidade (de acordo com a fórmula) para a imagem inteira.
• Se correto, escreva a imagem compactada no arquivo.
• Caso contrário, diminua sizee tente novamente.

Esse algoritmo funciona bem para baixa qualidade (0,5, 0,6), mas não funciona muito bem nas imagens de alta qualidade (na verdade, são infladas). Também é muito lento.

Aqui eu tenho todos os arquivos gerados, para que você não precise gerá-los novamente.