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#include <algorithm>
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#include <cmath>
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#include <iostream>
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#include <unordered_map>
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#include <vector>
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#include <fstream>
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#include <sstream>
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#include <filesystem>
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// 定义图像类
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class Image {
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private:
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std::vector<std::vector<int>> pixels; // 像素数组
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int width; // 图像宽度
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int height; // 图像高度
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public:
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Image(std::vector<std::vector<int>> pixels, int width, int height) : pixels(pixels), width(width), height(height) {}
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// 获取像素值
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int getPixelValue(int x, int y) const {
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return pixels[x][y];
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}
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// 获取图像宽度
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int getWidth() const {
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return width;
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}
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// 获取图像高度
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int getHeight() const {
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return height;
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}
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};
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class ImageProcessor {
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public:
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// 加载图像并进行预处理
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Image preprocessImage(const std::string& imagePath) {
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return loadTXT(imagePath);
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}
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private:
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// 加载TXT图像
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Image loadTXT(const std::string& imagePath) {
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std::ifstream file(imagePath);
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if (!file.is_open()) {
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throw std::runtime_error("Failed to open TXT image file: " + imagePath);
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}
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std::vector<std::vector<int>> pixels;
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std::string line;
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int width = 0;
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while (std::getline(file, line)) {
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std::istringstream iss(line);
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std::vector<int> row;
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int value;
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while (iss >> value) {
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row.push_back(value);
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}
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pixels.push_back(row);
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if (width == 0) {
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width = row.size();
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}
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else if (row.size() != width) {
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throw std::runtime_error("Invalid TXT image format: inconsistent row lengths");
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}
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}
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// Create and return Image object
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return Image(pixels, width, pixels.size());
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}
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};
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// 特征类
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class Feature {
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private:
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std::vector<double> values; // 特征值
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public:
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Feature(std::vector<double> values) : values(values) {}
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// 获取特征值
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double getValue(int index) const {
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return values[index];
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}
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// 获取特征值数量
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size_t getSize() const {
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return values.size();
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}
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};
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// 特征提取器
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class FeatureExtractor {
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public:
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// 从图像中提取特征
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Feature extractFeature(const Image& image) {
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std::vector<double> features;
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for (int y = 0; y < image.getHeight(); ++y) {
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for (int x = 0; x < image.getWidth(); ++x) {
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features.push_back(static_cast<double>(image.getPixelValue(x, y)));
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}
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}
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return Feature(features);
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}
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};
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// 距离度量类
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class DistanceMetric {
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public:
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// 计算两个特征之间的距离(欧氏距离)
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double calculateDistance(const Feature& feature1, const Feature& feature2) const {
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if (feature1.getSize() != feature2.getSize()) {
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throw std::runtime_error("Feature vectors must be of the same size");
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}
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double distance = 0.0;
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for (size_t i = 0; i < feature1.getSize(); ++i) {
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distance += pow(feature1.getValue(i) - feature2.getValue(i), 2);
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}
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return sqrt(distance);
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}
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};
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// KNN 模型
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class KNNModel {
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private:
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std::vector<Feature> features; // 特征向量
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std::vector<int> labels; // 标签
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DistanceMetric distanceMetric; // 距离度量
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public:
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// 训练 KNN 模型
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void train(const std::vector<Feature>& features, const std::vector<int>& labels) {
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this->features = features;
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this->labels = labels;
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}
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// 使用 KNN 模型进行预测
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int predict(const Feature& feature, int k) {
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// 计算待预测特征与训练集中所有特征的距离,并记录索引
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std::vector<std::pair<double, int>> distances;
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for (size_t i = 0; i < features.size(); ++i) {
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double distance = distanceMetric.calculateDistance(features[i], feature);
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distances.push_back(std::make_pair(distance, i));
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}
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// 根据距离排序,选择最近的 K 个样本
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std::sort(distances.begin(), distances.end());
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// 统计最近的 K 个样本中各类别出现的次数
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std::unordered_map<int, int> classCount;
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for (int i = 0; i < k; ++i) {
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int index = distances[i].second;
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int label = labels[index];
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classCount[label]++;
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}
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// 找出最频繁出现的类别
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int maxCount = 0;
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int predictedLabel = -1;
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for (auto& pair : classCount) {
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if (pair.second > maxCount) {
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maxCount = pair.second;
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predictedLabel = pair.first;
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}
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}
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return predictedLabel;
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}
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};
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// 数字识别器
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class DigitRecognizer {
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private:
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ImageProcessor imageProcessor;
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FeatureExtractor featureExtractor;
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KNNModel knnModel;
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public:
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// 构造函数
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DigitRecognizer(const std::vector<Feature>& trainingFeatures, const std::vector<int>& trainingLabels) {
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knnModel.train(trainingFeatures, trainingLabels);
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}
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// 执行数字识别
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int recognizeDigit(const std::string& imagePath) {
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// 加载图像并进行预处理
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Image image = imageProcessor.preprocessImage(imagePath);
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// 提取图像特征
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Feature feature = featureExtractor.extractFeature(image);
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// 使用 KNN 算法进行预测
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int predictedDigit = knnModel.predict(feature, 5 /* K 值 */);
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return predictedDigit;
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}
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};
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// 加载训练数据
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void loadTrainingData(const std::string& baseDirTrain, std::vector<Feature>& trainingFeatures, std::vector<int>& trainingLabels) {
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ImageProcessor imageProcessor;
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FeatureExtractor featureExtractor;
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for (int label = 0; label <= 9; ++label) {
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std::string dirPath = baseDirTrain + "\\" + std::to_string(label);
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for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
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std::stringstream ss;
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ss << dirPath << "\\img" << label << i << ".txt";
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std::string filePath = ss.str();
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Image image = imageProcessor.preprocessImage(filePath);
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Feature feature = featureExtractor.extractFeature(image);
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trainingFeatures.push_back(feature);
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trainingLabels.push_back(label);
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}
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}
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}
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// 加载测试数据
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void loadTestData(const std::string& baseDirTest, std::vector<std::string>& testFilePaths) {
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std::string dirPath = baseDirTest;
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// 遍历指定文件夹中的所有文件
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for (const auto& entry : std::filesystem::directory_iterator(dirPath)) {
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if (entry.path().extension() == ".txt") {
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testFilePaths.push_back(entry.path().string());
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}
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}
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}
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int main() {
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// 创建训练数据
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std::vector<Feature> trainingFeatures;
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std::vector<int> trainingLabels;
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// 训练数据路径
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std::string baseDirTrain = "C:\\Users\\DELL\\Desktop\\期末三期\\10_10";
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// 加载训练数据
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loadTrainingData(baseDirTrain, trainingFeatures, trainingLabels);
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// 创建数字识别器对象
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DigitRecognizer digitRecognizer(trainingFeatures, trainingLabels);
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// 训练数据路径
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std::string baseDirTest = "C:\\Users\\DELL\\Desktop\\期末三期\\txt\\2";
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// 加载测试数据
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std::vector<std::string> testFilePaths;
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loadTestData(baseDirTest, testFilePaths);
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// 执行数字识别并计算正确率
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int correctCount = 0;
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for (size_t i = 0; i < testFilePaths.size(); ++i) {
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int recognizedDigit = digitRecognizer.recognizeDigit(testFilePaths[i]);
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if (recognizedDigit == 2) {
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correctCount++;
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}
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}
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double accuracy = static_cast<double>(correctCount) / testFilePaths.size();
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// 输出识别结果
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std::cout << "2 Recognition Accuracy: " << accuracy * 100 << "%" << std::endl;
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return 0;
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}
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