洪水填充算法

简介

洪水填充算法（Flood Fill）是一种用于填充区域的计算机图形算法。该算法从指定的种子像素开始，尝试通过颜色替换相邻的像素，直到整个区域被填充满为止。其基本思路是将相邻且颜色相同的像素设置为同一颜色，直到扫描到边界为止。

洪水填充算法的应用非常广泛，比如图像处理、计算机游戏中的地图填色、区域填充等。

实现

下面是一个使用C语言实现的洪水填充算法的伪代码：

void floodFill(int x, int y, int targetColor, int replaceColor) {
    if (getColor(x, y) != targetColor) {
        return;
    }
    setColor(x, y, replaceColor);
    floodFill(x + 1, y, targetColor, replaceColor);
    floodFill(x - 1, y, targetColor, replaceColor);
    floodFill(x, y + 1, targetColor, replaceColor);
    floodFill(x, y - 1, targetColor, replaceColor);
}

以上伪代码中，getColor函数返回坐标(x, y)处的像素颜色，setColor函数设置坐标(x, y)处的像素颜色为给定颜色。targetColor表示需要被替换的颜色，replaceColor表示用于替换的颜色。

算法会递归地搜索四个方向的相邻像素并进行颜色替换，直到边界为止。需要注意的是，如果颜色已经被替换，我们无需再次替换，否则可能会出现无限递归的情况。

实例应用

我们可以通过以下代码实现一个简单的洪水填充程序。假设我们需要将一个区域从红色填充成黄色：

from PIL import Image

im = Image.open("test.png")  # 打开要填充的图片
im = im.convert("RGBA")  # 转换为RGBA模式
im_data = im.load()  # 获取图片数据

# 定义起始点及目标颜色和替换颜色
start_point = (100, 200)
target_color = (255, 0, 0, 255)
replace_color = (255, 255, 0, 255)

# 定义填充函数
def fill(x, y):
    if im_data[x, y] != target_color:
        return
    im_data[x, y] = replace_color
    fill(x + 1, y)
    fill(x - 1, y)
    fill(x, y + 1)
    fill(x, y - 1)

fill(start_point[0], start_point[1])

im.show()  # 显示填充后的图片

在该代码中，我们首先打开一张png格式的图片，并将其转换为RGBA模式。然后定义了起始点的坐标和目标颜色和替换颜色。接着定义了一个递归的填充函数，并在函数中实现了洪水填充算法。最后调用fill函数并展示填充后的图像。

结语

洪水填充算法是一种常见的计算机图形算法，用于填充区域和替换颜色。通过递归方式搜索相邻的像素并进行颜色替换，我们可以实现一个简单而有效的算法。在图像处理和计算机游戏等领域，该算法有着广泛的应用。