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import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;
import javax.swing.event.*;
import javax.swing.JColorChooser;
import javax.swing.JFileChooser;
import javax.swing.filechooser.FileNameExtensionFilter;
import java.io.*;
import java.io.FileWriter;
import java.io.FileReader;
import NeuronalesNetz.*;
import GUILib.*;
/**
*
* Grafische Oberflaeche fuer Neuronale Netze auf Figuren-Erkennung
*
* @version 2024-02-25
* @author Daniel Garmann
*/
public class GuiFigur extends JFrame {
// Anfang Attribute
private Netz neuronalesNetz = null;
private Datensammlung trainingsdaten = new Datensammlung();
private int datensatzNummer = 0;
private PanelFigur jpFigur = new PanelFigur();
private JButton jbNetzErstellen = new JButton();
private JButton jbTrainiere = new JButton();
private JButton jbLoeschen = new JButton();
private JPanel jpNetzarchitektur = new JPanel(null, true);
private JTextField jtfNetzarchitektur = new JTextField();
private JComboBox<String> jcbFunktion = new JComboBox<String>();
private DefaultComboBoxModel<String> jcbFunktionModel = new DefaultComboBoxModel<String>();
private JLabel jlSchichten = new JLabel();
private JLabel jlAktivierungsfunktion = new JLabel();
private JTextField jtfEingabeSchicht = new JTextField();
private JTextField htfAusgabeschicht = new JTextField();
private JPanel jpTraining = new JPanel(null, true);
private JTextField jtfLernrate = new JTextField();
private JLabel jlLernrate = new JLabel();
private JLabel lWiederholungen = new JLabel();
private JTextField jtfWiederholungen = new JTextField();
private JLabel lPaketgroesse = new JLabel();
private JTextField jtfPaketgroesse = new JTextField();
private JTextField jtfFehler = new JTextField();
private JLabel jlFehler = new JLabel();
private JButton jbNetzSpeichern = new JButton();
private JButton jbNetzLaden = new JButton();
private JButton jbDatenSpeichern = new JButton();
private JButton jbDatenLaden = new JButton();
private JButton jbNeueZiffer = new JButton();
private JButton jbZeichenflaecheLoeschen = new JButton();
private JButton jbZumAnfang = new JButton();
private JButton jbVor = new JButton();
private JButton jbZumEnde = new JButton();
private JTextField jtfFigur = new JTextField();
private JButton jbErkenne = new JButton();
private JLabel jlNummer = new JLabel();
private JButton jbStatistik = new JButton();
// Ende Attribute
public GuiFigur (String title) {
super (title);
setDefaultCloseOperation(WindowConstants.DISPOSE_ON_CLOSE);
int frameWidth = 760;
int frameHeight = 521;
setSize(frameWidth, frameHeight);
Dimension d = Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize();
int x = (d.width - getSize().width) / 2;
int y = (d.height - getSize().height) / 2;
setLocation(x, y);
Container cp = getContentPane();
cp.setLayout(null);
// Anfang Komponenten
jpFigur.setBounds(24, 8, 400, 400);
jpFigur.setOpaque(false);
jpFigur.setBorder(new javax.swing.border.LineBorder(Color.BLACK, 0));
cp.add(jpFigur);
jbNetzErstellen.setBounds(440, 208, 283, 25);
jbNetzErstellen.setText("Netz erstellen");
jbNetzErstellen.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbNetzErstellen.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbNetzErstellen_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbNetzErstellen);
jbTrainiere.setBounds(440, 392, 115, 25);
jbTrainiere.setText("Training");
jbTrainiere.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbTrainiere.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbTrainiere_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbTrainiere);
jbLoeschen.setBounds(440, 72, 283, 25);
jbLoeschen.setText("Trainingsdaten loeschen");
jbLoeschen.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbLoeschen.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbLoeschen_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbLoeschen);
jpNetzarchitektur.setBounds(440, 128, 289, 73);
jpNetzarchitektur.setOpaque(false);
jpNetzarchitektur.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("Netzarchitektur"));
cp.add(jpNetzarchitektur);
jtfNetzarchitektur.setBounds(179, 24, 54, 20);
jcbFunktion.setBounds(139, 45, 110, 20);
jlSchichten.setBounds(14, 24, 67, 20);
jlAktivierungsfunktion.setBounds(13, 45, 124, 20);
jtfNetzarchitektur.setText("30");
jtfNetzarchitektur.setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
jpNetzarchitektur.add(jtfNetzarchitektur);
jcbFunktion.setModel(jcbFunktionModel);
jcbFunktionModel.addElement("Sigmoid");
jcbFunktionModel.addElement("SoftSign");
jcbFunktionModel.addElement("TanHyp");
jcbFunktionModel.addElement("ReLU");
jpNetzarchitektur.add(jcbFunktion);
jlSchichten.setText("Schichten:");
jpNetzarchitektur.add(jlSchichten);
jlAktivierungsfunktion.setText("Aktivierungsfunktion:");
jpNetzarchitektur.add(jlAktivierungsfunktion);
jpTraining.setBounds(440, 272, 289, 113);
jpTraining.setOpaque(false);
jpTraining.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("Training"));
cp.add(jpTraining);
jtfLernrate.setBounds(131, 69, 70, 20);
jlLernrate.setBounds(14, 69, 67, 20);
lWiederholungen.setBounds(13, 45, 100, 20);
jtfWiederholungen.setBounds(131, 45, 70, 20);
lPaketgroesse.setBounds(13, 21, 100, 20);
jtfPaketgroesse.setBounds(131, 21, 70, 20);
jtfLernrate.setText("0.05");
jtfLernrate.setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
jpTraining.add(jtfLernrate);
jlLernrate.setText("Lernrate:");
jpTraining.add(jlLernrate);
lWiederholungen.setText("Wiederholungen:");
jpTraining.add(lWiederholungen);
jtfWiederholungen.setText("1000");
jtfWiederholungen.setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
jpTraining.add(jtfWiederholungen);
lPaketgroesse.setText("Paketgroesse:");
jpTraining.add(lPaketgroesse);
jtfPaketgroesse.setText("10");
jtfPaketgroesse.setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
jpTraining.add(jtfPaketgroesse);
jtfFehler.setBounds(651, 397, 70, 20);
jlFehler.setBounds(574, 397, 67, 20);
jtfFehler.setText("----");
jtfFehler.setEditable(false);
cp.add(jtfFehler);
jlFehler.setText("Fehler:");
jlFehler.setHorizontalAlignment(SwingConstants.RIGHT);
cp.add(jlFehler);
jtfEingabeSchicht.setBounds(136, 24, 46, 20);
jtfEingabeSchicht.setText("10*10>");
jtfEingabeSchicht.setEditable(false);
jpNetzarchitektur.add(jtfEingabeSchicht);
htfAusgabeschicht.setBounds(232, 24, 38, 20);
htfAusgabeschicht.setText(">3");
htfAusgabeschicht.setEditable(false);
jpNetzarchitektur.add(htfAusgabeschicht);
jbNetzSpeichern.setBounds(440, 240, 139, 25);
jbNetzSpeichern.setText("Netz speichern...");
jbNetzSpeichern.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbNetzSpeichern.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbNetzSpeichern_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbNetzSpeichern);
jbNetzLaden.setBounds(584, 240, 139, 25);
jbNetzLaden.setText("Netz laden...");
jbNetzLaden.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbNetzLaden.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbNetzLaden_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbNetzLaden);
jbDatenSpeichern.setBounds(440, 104, 139, 25);
jbDatenSpeichern.setText("Daten speichern...");
jbDatenSpeichern.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbDatenSpeichern.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbDatenSpeichern_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbDatenSpeichern);
jbDatenLaden.setBounds(584, 104, 139, 25);
jbDatenLaden.setText("Daten laden...");
jbDatenLaden.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbDatenLaden.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbDatenLaden_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbDatenLaden);
jbNeueZiffer.setBounds(234, 408, 190, 25);
jbNeueZiffer.setText("Figur -> Trainingsdaten");
jbNeueZiffer.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbNeueZiffer.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbNeueZiffer_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbNeueZiffer);
jbZeichenflaecheLoeschen.setBounds(24, 408, 190, 25);
jbZeichenflaecheLoeschen.setText("Zeichenflaeche loeschen");
jbZeichenflaecheLoeschen.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbZeichenflaecheLoeschen.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbZeichenflaecheLoeschen_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbZeichenflaecheLoeschen);
jbZumAnfang.setBounds(544, 8, 50, 50);
jbZumAnfang.setText("|<");
jbZumAnfang.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbZumAnfang.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbZumAnfang_ActionPerformed(evt);
}
});
jbZumAnfang.setFont(new Font("Dialog", Font.BOLD, 24));
cp.add(jbZumAnfang);
jbVor.setBounds(592, 8, 50, 50);
jbVor.setText(">");
jbVor.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbVor.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbVor_ActionPerformed(evt);
}
});
jbVor.setFont(new Font("Dialog", Font.BOLD, 24));
cp.add(jbVor);
jbZumEnde.setBounds(640, 8, 50, 50);
jbZumEnde.setText(">|");
jbZumEnde.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbZumEnde.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbZumEnde_ActionPerformed(evt);
}
});
jbZumEnde.setFont(new Font("Dialog", Font.BOLD, 24));
cp.add(jbZumEnde);
jtfFigur.setBounds(424, 8, 113, 49);
jtfFigur.setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
jtfFigur.setText("");
jtfFigur.setEditable(false);
jtfFigur.setFont(new Font("Dialog", Font.PLAIN, 24));
cp.add(jtfFigur);
jbErkenne.setBounds(24, 440, 190, 25);
jbErkenne.setText("Figur erkennen");
jbErkenne.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbErkenne.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbErkenne_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbErkenne);
jlNummer.setBounds(696, 32, 41, 25);
jlNummer.setText("0");
jlNummer.setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
cp.add(jlNummer);
jbStatistik.setBounds(234, 440, 190, 25);
jbStatistik.setText("Statistik");
jbStatistik.setMargin(new Insets(2, 2, 2, 2));
jbStatistik.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
jbStatistik_ActionPerformed(evt);
}
});
cp.add(jbStatistik);
// Ende Komponenten
setResizable(false);
setVisible(true);
}
// Anfang Methoden
public void jbNetzErstellen_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
try {
String schichtenText = jtfNetzarchitektur.getText().replaceAll(" ","");
String[] schichtenTexte = schichtenText.split(">");
int[] schichten = new int[schichtenTexte.length + 1];
for (int i = 0; i < schichtenTexte.length; i++) {
schichten[i] = Integer.parseInt(schichtenTexte[i]);
}
schichten[schichten.length - 1] = 3;
Aktivierungsfunktion funktion = Aktivierungsfunktion.parseFunktion((String)jcbFunktion.getSelectedItem());
neuronalesNetz = new Netz(10 * 10, schichten, funktion);
} catch (Exception e) {
JOptionPane.showMessageDialog(this, "Fehler in Netzeingabe\nAnzahl Neuronen pro Schicht\nTrennung der Schichten mit >");
}
}
public void jbTrainiere_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
if (neuronalesNetz != null) {
try {
trainingsdaten.mischen();
double lernrate = Double.parseDouble(jtfLernrate.getText());
int wiederholungen = Integer.parseInt(jtfWiederholungen.getText());
int paketgroesse = Integer.parseInt(jtfPaketgroesse.getText());
double fehler = neuronalesNetz.trainiere(trainingsdaten.gibEingabenArray(), trainingsdaten.gibZielwerteArray(), lernrate, paketgroesse, wiederholungen);
jtfFehler.setText(String.format("%f",fehler));
} catch (Exception e) {
JOptionPane.showMessageDialog(this, "Bitte im gueltigen Zahlenformat eingeben!\nAnzahlen: Ganzzahl\nLenrrate: Dezimalzahl mit .-Notation");
}
} else {
JOptionPane.showMessageDialog(this, "Erst Netz erstellen!");
}
jpFigur.repaint();
}
public void jbLoeschen_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
trainingsdaten.loescheAlle();
datensatzNummer = 0;
}
public void jbNetzSpeichern_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
JFileChooser auswahldialog = new JFileChooser();
auswahldialog.setCurrentDirectory(new File(System.getProperty("user.dir"))); // Setze das aktuelle Verzeichnis
FileNameExtensionFilter filter = new FileNameExtensionFilter("Netz-Dateien (*.nn)", "nn"); // Setze Filter auf Netz-Dateien
auswahldialog.setFileFilter(filter);
auswahldialog.setSelectedFile(new File("*.nn")); // Setzt Auswahl auf Filter
int buttonauswahl = auswahldialog.showSaveDialog(this); // Zeigt den Speichern-Dialog
if (buttonauswahl == JFileChooser.APPROVE_OPTION) { // Datei wurde ausgewaehlt
File datei = auswahldialog.getSelectedFile();
String dateiPfad = datei.getAbsolutePath();
if (!dateiPfad.toLowerCase().endsWith(".nn")) { // .nn Extension anfuegen, falls noetig.
dateiPfad += ".nn";
datei = new File(dateiPfad);
}
try {
FileWriter schreiber = new FileWriter(datei);
schreiber.write(neuronalesNetz.toString());
schreiber.close();
} catch (Exception e) {
System.err.println(e.toString());
}
}
repaint();
}
public void jbNetzLaden_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
JFileChooser auswahldialog = new JFileChooser();
auswahldialog.setCurrentDirectory(new File(System.getProperty("user.dir"))); // Setze das aktuelle Verzeichnis
FileNameExtensionFilter filter = new FileNameExtensionFilter("Netz-Dateien (*.nn)", "nn"); // Setze Filter auf Netz-Dateien
auswahldialog.setFileFilter(filter);
auswahldialog.setSelectedFile(new File("*.nn")); // Setzt Auswahl auf Filter
int buttonauswahl = auswahldialog.showOpenDialog(this); // Zeigt den Oeffnen-Dialog
if (buttonauswahl == JFileChooser.APPROVE_OPTION) { // Datei wurde ausgewaehlt
File datei = auswahldialog.getSelectedFile();
try {
BufferedReader leser = new BufferedReader(new FileReader(datei));
String s = "";
String zeile = leser.readLine();
while (zeile != null) {
s = s + zeile + "\n";
zeile = leser.readLine();
}
neuronalesNetz = Netz.parseNetz(s);
leser.close();
} catch (Exception e) {
System.err.println(e.toString());
}
}
repaint();
}
public void jbDatenSpeichern_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
JFileChooser auswahldialog = new JFileChooser();
auswahldialog.setCurrentDirectory(new File(System.getProperty("user.dir"))); // Setze das aktuelle Verzeichnis
FileNameExtensionFilter filter = new FileNameExtensionFilter("Daten-Dateien (*.dat)", "dat"); // Setze Filter auf Daten-Dateien
auswahldialog.setFileFilter(filter);
auswahldialog.setSelectedFile(new File("*.dat")); // Setzt Auswahl auf Filter
int buttonauswahl = auswahldialog.showSaveDialog(this); // Zeigt den Speichern-Dialog
if (buttonauswahl == JFileChooser.APPROVE_OPTION) { // Datei wurde ausgewaehlt
File datei = auswahldialog.getSelectedFile();
String dateiPfad = datei.getAbsolutePath();
if (!dateiPfad.toLowerCase().endsWith(".dat")) { // .dat Extension anfuegen, falls noetig.
dateiPfad += ".dat";
datei = new File(dateiPfad);
}
try {
FileWriter schreiber = new FileWriter(datei);
schreiber.write(trainingsdaten.toString());
schreiber.close();
} catch (Exception e) {
System.err.println(e.toString());
}
}
repaint();
}
public void jbDatenLaden_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
JFileChooser auswahldialog = new JFileChooser();
auswahldialog.setCurrentDirectory(new File(System.getProperty("user.dir"))); // Setze das aktuelle Verzeichnis
FileNameExtensionFilter filter = new FileNameExtensionFilter("Daten-Dateien (*.dat)", "dat"); // Setze Filter auf Daten-Dateien
auswahldialog.setFileFilter(filter);
auswahldialog.setSelectedFile(new File("*.dat")); // Setzt Auswahl auf Filter
int buttonauswahl = auswahldialog.showOpenDialog(this); // Zeigt den Oeffnen-Dialog
if (buttonauswahl == JFileChooser.APPROVE_OPTION) { // Datei wurde ausgewaehlt
File datei = auswahldialog.getSelectedFile();
try {
BufferedReader leser = new BufferedReader(new FileReader(datei));
String s = "";
String zeile = leser.readLine();
while (zeile != null) {
s = s + zeile + "\n";
zeile = leser.readLine();
}
trainingsdaten = Datensammlung.parseDatensammlung(s);
leser.close();
} catch (Exception e) {
System.err.println(e.toString());
}
}
trainingsdaten.gibDaten().toFirst();
zeigeAktuellenDatensatz();
repaint();
}
private void zeigeAktuellenDatensatz() {
jpFigur.neuesBild();
jpFigur.repaint();
GUILib.List<Datensatz> l = trainingsdaten.gibDaten();
String figur = jpFigur.zeichneDatensatz(l.getContent());
jtfFigur.setText(figur);
jlNummer.setText("" + datensatzNummer);
}
public void jbNeueZiffer_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
int f = JOptionPane.showOptionDialog(this, "Welcher Figur entspricht das Bild", "Auswahl", JOptionPane.DEFAULT_OPTION, JOptionPane.PLAIN_MESSAGE, null, jpFigur.figuren, null);
if (f >= 0 && f <= 2) {
trainingsdaten.fuegeEin(jpFigur.erstelleDatensatz(f));
}
jpFigur.repaint();
jbZumEnde_ActionPerformed(evt);
}
public void jbZeichenflaecheLoeschen_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
jpFigur.neuesBild();
jtfFigur.setText("");
jpFigur.repaint();
}
public void jbZumAnfang_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
trainingsdaten.gibDaten().toFirst();
datensatzNummer = 1;
zeigeAktuellenDatensatz();
}
public void jbVor_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
trainingsdaten.gibDaten().next();
datensatzNummer++;
zeigeAktuellenDatensatz();
}
public void jbZumEnde_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
datensatzNummer = trainingsdaten.gibGroesse();
trainingsdaten.gibDaten().toLast();
zeigeAktuellenDatensatz();
}
public void jbErkenne_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
if (neuronalesNetz == null) {
JOptionPane.showMessageDialog(this, "Erst ein neuronales Netz erstellen");
} else {
Datensatz d = jpFigur.erstelleDatensatz(0);
double[] eingabe = d.gibEingabe();
double[] ausgabe = neuronalesNetz.berechne(eingabe);
Datensatz z = new Datensatz(eingabe, ausgabe);
String figur = jpFigur.zeichneDatensatz(z);
jtfFigur.setText("" + figur);
}
}
public void jbStatistik_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
if (neuronalesNetz == null) {
JOptionPane.showMessageDialog(this, "Erst ein neuronales Netz erstellen");
} else {
GUILib.List<Datensatz> daten = trainingsdaten.gibDaten();
daten.toFirst();
int[][] erkannt = new int[3][2];
while (daten.hasAccess()) {
Datensatz d = daten.getContent();
double[] eingabe = d.gibEingabe();
double[] zielwert = d.gibZielwert();
double[] ausgabe = neuronalesNetz.berechne(eingabe);
int soll = 0;
int ist = 0;
for (int i = 1; i < 3; i++) {
if (zielwert[i] > zielwert[soll]) soll = i;
if (ausgabe[i] > ausgabe[ist]) ist = i;
}
if (soll == ist) {
erkannt[soll][0]++;
} else {
erkannt[soll][1]++;
}
daten.next();
} // end of while
String s = "";
int summerichtig = 0;
int summefalsch = 0;
for (int i = 0; i < 3; i++) {
s += jpFigur.figuren[i] + ": " + erkannt[i][0] + " richtig / " + erkannt[i][1] + " falsch\n";
summerichtig += erkannt[i][0];
summefalsch += erkannt[i][1];
}
s += "-----------------------------------------\n";
s += "Gesamt: " + summerichtig + " richtig / " + summefalsch + " falsch\n";
s += "Quote: " + Math.round(((double)summerichtig) / (summerichtig + summefalsch) * 100) + "%";
JOptionPane.showMessageDialog(this, s, "Auswertung", JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE);
}
}
// Ende Methoden
public static void main(String[] args) {
new GuiFigur("Gui-Figur");
}
}