\documentclass{article} \usepackage[utf8x]{inputenc} \usepackage{ucs} \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{marvosym} \usepackage{wasysym} \usepackage{upgreek} \usepackage[english,russian]{babel} \usepackage{graphicx} \usepackage{float} \usepackage{textcomp} \usepackage{hyperref} \usepackage{geometry} \geometry{left=2cm} \geometry{right=1.5cm} \geometry{top=1cm} \geometry{bottom=2cm} \usepackage{tikz} \usepackage{ccaption} \usepackage{multicol} \usepackage{listings} %\setlength{\columnsep}{1.5cm} %\setlength{\columnseprule}{0.2pt} \usepackage{colortbl,graphicx,tikz} \definecolor{X}{rgb}{.5,.5,.5} \title{ДЗ. Работа с изображениями в формате \texttt{.ppm}} \date{} \begin{document} \pagenumbering{gobble} \lstset{ language=C++, % choose the language of the code basicstyle=\linespread{1.1}\ttfamily, columns=fixed, fontadjust=true, basewidth=0.5em, keywordstyle=\color{blue}\bfseries, commentstyle=\color{gray}, stringstyle=\ttfamily\color{orange!50!black}, showstringspaces=false, %numbers=false, % where to put the line-numbers numbersep=5pt, numberstyle=\tiny\color{black}, numberfirstline=true, stepnumber=1, % the step between two line-numbers. numbersep=10pt, % how far the line-numbers are from the code backgroundcolor=\color{white}, % choose the background color. You must add \usepackage{color} showstringspaces=false, % underline spaces within strings captionpos=b, % sets the caption-position to bottom breaklines=true, % sets automatic line breaking breakatwhitespace=true, % sets if automatic breaks should only happen at whitespace xleftmargin=.2in, extendedchars=\true, keepspaces = true, } \lstset{literate=% *{0}{{{\color{red!20!violet}0}}}1 {1}{{{\color{red!20!violet}1}}}1 {2}{{{\color{red!20!violet}2}}}1 {3}{{{\color{red!20!violet}3}}}1 {4}{{{\color{red!20!violet}4}}}1 {5}{{{\color{red!20!violet}5}}}1 {6}{{{\color{red!20!violet}6}}}1 {7}{{{\color{red!20!violet}7}}}1 {8}{{{\color{red!20!violet}8}}}1 {9}{{{\color{red!20!violet}9}}}1 } \title{Семинар \#1: Ссылки и перегрузка операторов. Домашнее задание.\vspace{-5ex}}\date{}\maketitle \subsection*{Пространство имён:} \begin{itemize} \item Создайте пространство имён по имени \texttt{myspace}. В этом пространстве имён создайте функцию \\ \texttt{void print\_n\_times(char str[], int n = 10)}, которая будет печатать строку \texttt{str} \texttt{n} раз. Для печати используйте \texttt{std::cout} из библиотеки \texttt{iostream}. Вызовите эту функцию из \texttt{main}. \end{itemize} \subsection*{Ссылки:} \begin{itemize} \item Напишите функцию \texttt{cube}, которая будет принимать одно число типа \texttt{int} и возводить его в куб. Используйте ссылки. Вызовите эту функцию из функции \texttt{main}. \item Напишите функцию \texttt{void count\_letters(char str[], int\& n\_letters, int\& n\_digits, int\& n\_other)}, которая будет принимать на вход строку \texttt{str} и подсчитывать число букв и цифр в этой строке. Количество букв нужно записать в переменную \texttt{n\_letters}, количество цифр -- в переменную \texttt{n\_digits}, а количество остальных символов -- в переменную \texttt{n\_other}. Вызвать эту функцию из функции \texttt{main}. \end{itemize} \subsection*{Перегрузка операций:} В файлах \texttt{code/complex.h} и \texttt{code/complex.cpp} лежит реализация комплексного числа с перегруженными операторами. Используйте его в качестве примера для решения задач этого раздела: \begin{itemize} \item Создайте структуру \texttt{Vector3f} - вектор в трёхмерном пространстве с полями \texttt{x, y, z} типа \texttt{float} в качестве координат. Перегрузите следующие операторы для работы с вектором. Для передачи вектора в функции используте ссылки и, там где возможно, модификатор \texttt{const}. \begin{itemize} \item Сложение векторов (\texttt{+}) \item Вычитание (\texttt{-}) \item Умножение вектора на число типа \texttt{float} (число \texttt{*} вектор и вектор \texttt{*} число) \item Деление вектора на число типа \texttt{float} (вектор \texttt{/} число) \item Скалярное произведение (\texttt{*}) \item Унарный \texttt{-} \item Унарный \texttt{+} \item Проверка на равенство \texttt{==} (должна возвращать тип \texttt{bool}) \item Проверка на неравенство \texttt{!=} (должна возвращать тип \texttt{bool}) \item Операторы \texttt{+=} и \texttt{-=} (вектор \texttt{+=} вектор) \item Операторы \texttt{*=} и \texttt{/=} (вектор \texttt{*=} число) \item Оператор вывода \texttt{ostream >{}>} вектор. Выводите вектор в виде \texttt{(x, y, z)}. \item Оператор ввода \texttt{istream <{}<} вектор \item Функция \texttt{float squared\_norm(const Vector3f\& a)}, которая вычисляет квадрат нормы вектора. \item Функция \texttt{float norm(const Vector3f\& a)}, которая вычисляет норму вектора. \item Функция \texttt{void normalize(Vector3f\& a)}, которая нормализует вектор \texttt{a}. \end{itemize} \item Поместите весь ваш код в отдельный файл \texttt{vector3f.h} и подключите к файлу \texttt{main.cpp}. \item Протестируйте ваши функции: \begin{lstlisting} #include #include "vector3f.h" using namespace std; int main() { Vector3f a = {1.0, 2.0, -2.0}; Vector3f b = {4.0, -1.0, 3.0}; cout << "a = " << a << endl << "b = " << b << endl; cout << "a + b = " << a + b << endl; cout << "-a = " << -a << endl; cout << "Scalar product of a and b = " << a * b << endl; a /= 5; cout << "a after a /= 5;" << a << endl normalize(b); cout << "Normalized b:" << b << endl a += b; cout << "a after a+= b;" << a << endl; } \end{lstlisting} \end{itemize} \subsection*{Задача об убегающей точке} \begin{itemize} \item Предположим, что у нас есть комплексная функция $f(z) = z^2$. Выберем некоторое комплексное число $z_0$ и будем проводить следующие итерации: \begin{equation} \label{fractalseq} z_1 = f(z_0)\quad z_2 = f(z_1)\quad ...\quad z_{k+1} = f(z_k)\quad ... \end{equation} В зависимости от выбора точки $z_0$ эта последовательность либо разойдётся, либо останется в некоторой ограниченной области. Будем называть точку $z_0$ убегающей, если $z_k \rightarrow \infty$ при $k \rightarrow \infty$. Найдите область неубегания для функции $z^2$, т.е. множество всех начальных значений $z_0$, при которых последовательность (\ref{fractalseq}) остаётся ограниченной (это можно сделать в уме). \\ \item \textbf{Julia:} Для функции $f(z) = z^2$ эта область тривиальна, но всё становится сложней для функции вида $f(z) = z^2 + c$, где $c$ -- некоторое комплексное число. Численно найдите область неубегания для функций такого вида. Для этого создайте изображение размера 800x800, покрывающую область \texttt{[-2:2]x[-2:2]} на комплексной плоскости. Для каждой точки этой плоскости проведите $N \approx 20$ итераций и, в зависимости от результата, окрасьте пиксель в соответствующий цвет (цвет можно подобрать самим, он должен быть пропорционален значению $z_N$ - меняться от яркого если $z_N$ мало и до черного если $z_N$ большое). Используйте класс Complex и перегруженные операторы. Пример работы с изображениями в формате \texttt{ppm} можно посмотреть в файле \texttt{complex\_image.cpp}. Программа должна создавать файл \texttt{julia.ppm}. \begin{center} \includegraphics[scale=0.7]{../images/complexplane.png} \end{center} \item Нарисуте изображение для $c = -0.4 + 0.6i$;\quad $c = -0.70 - 0.38i$;\quad $c = -0.80 + 0.16i$\quad и\quad $c = 0.280 + 0.011i$. \item Добавьте параметры командной строки: 2 вещественных числа, соответствующие комплексному числу $c$, и целое число итераций $N$. \item \textbf{Mandelbrot:} Зафиксируем теперь $z_0 = 0$ и будем менять $c$. Численно найдите все параметры $c$, для которых точка $z_0$ не является убегающей. Для этого создайте изображение размера 800x800, покрывающую область \texttt{[-2:2]x[-2:2]} возможных значений $c$ на комплексной плоскости. Программа должна создавать файл \texttt{mandelbrot.ppm}. \item \textbf{Анимация:} Программа \texttt{complex\_movie.cpp} создаёт множество изображений и сохраняет их в папку \texttt{animation} (если у вас нет такой папки -- создайте её). Эти изображения представляют собой отдельные кадры будущей анимации. Чтобы их объединить в одно видео можно использовать программу ffmpeg (Нужно скачать тут: \href{https://www.ffmpeg.org/}{www.ffmpeg.org} и изменить переменную среды \texttt{PATH} в настройках Windows или Linux). После этого можно будет объединить все изображения в одно видео такой командой: \begin{verbatim} ffmpeg -r 60 -i animation/complex_%03d.ppm complex_movie.mp4 \end{verbatim} Создайте анимацию из изображений множеств Julia при $c$ линейно меняющемся от $(-1.5 - 0.5i)$ до $i$. \end{itemize} \end{document}