GuiKurve.java

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 fuer Kurven
  *
  * @version 2024-02-25
  * @author Daniel Garmann
  */

public class GuiKurve extends JFrame {
  // Anfang Attribute
  private Netz neuronalesNetz = null;
  
  private PanelKurve jpKurve = new PanelKurve();
  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 JTextArea jtaBeschreibung = new JTextArea("");
    private JScrollPane jtaBeschreibungScrollPane = new JScrollPane(jtaBeschreibung);
  // Ende Attribute

  public GuiKurve (String title) {
    super (title);
    setDefaultCloseOperation(WindowConstants.DISPOSE_ON_CLOSE);
    int frameWidth = 760; 
    int frameHeight = 487;
    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
    jpKurve.setBounds(24, 8, 400, 400);
    jpKurve.setOpaque(false);
    jpKurve.setBorder(new javax.swing.border.LineBorder(Color.BLACK, 0));
    cp.add(jpKurve);
    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(155, 24, 78, 20);
    jcbFunktion.setBounds(139, 45, 110, 20);
    jlSchichten.setBounds(14, 24, 67, 20);
    jlAktivierungsfunktion.setBounds(13, 45, 124, 20);
    jtfNetzarchitektur.setText("4>5");
    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("10000");
    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, 22, 20);
    jtfEingabeSchicht.setText("1>");
    jtfEingabeSchicht.setEditable(false);
    jpNetzarchitektur.add(jtfEingabeSchicht);
    htfAusgabeschicht.setBounds(232, 24, 22, 20);
    htfAusgabeschicht.setText(">1");
    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);
    jtaBeschreibungScrollPane.setBounds(440, 8, 281, 57);
    jtaBeschreibung.setText("Bitte zeichnen Sie auf der Zeichenflaeche eine Kurve. Das neuronale Netz versucht einen Funktionsgraphen darunter zu legen.");
    jtaBeschreibung.setWrapStyleWord(true);
    jtaBeschreibung.setLineWrap(true);
    jtaBeschreibung.setEditable(false);
    jtaBeschreibung.setBackground(getBackground());
    cp.add(jtaBeschreibungScrollPane);
    // 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] = 1;
      Aktivierungsfunktion funktion = Aktivierungsfunktion.parseFunktion((String)jcbFunktion.getSelectedItem());
      neuronalesNetz = new Netz(1, schichten, funktion);
      jpKurve.setzeNeuronalesNetz(neuronalesNetz);
    } 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 {
        double lernrate = Double.parseDouble(jtfLernrate.getText());
        int wiederholungen = Integer.parseInt(jtfWiederholungen.getText());
        int paketgroesse = Integer.parseInt(jtfPaketgroesse.getText());
        double fehler = neuronalesNetz.trainiere(jpKurve.gibEingabenArray(), jpKurve.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!");
    }    
    jpKurve.repaint();
  }

  public void jbLoeschen_ActionPerformed(ActionEvent evt) {
    jpKurve.loescheDaten();
    
  }


  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);
        jpKurve.setzeNeuronalesNetz(neuronalesNetz);
        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(jpKurve.gibTrainingsdaten().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();
        }
        jpKurve.setzeTrainingsdaten(Datensammlung.parseDatensammlung(s));
        leser.close();
      } catch (Exception e) {
        System.err.println(e.toString());
      }
    }  
    repaint();  
  }

  // Ende Methoden

  public static void main(String[] args) {
    new GuiKurve("Gui-Kurve");
  }
}