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用 mathematica 生成 identicon 头像 2. 用Mathematica生成10*10像素的Identicon头像 3. 更通用些？ 4. 用Python来试试看

admin 11月 27, 2020 0

Identicon 在很多大型IT网站上可以见到，比如 Github、Sourceforge、Stackoveflow等。Github 给新用户生成 5x5 像素的 Identicons 头像。

Identicon 是如何生成的呢？

每一个用户都有一个ID的哈希值，然后根据哈希值再来决定每个像素点。以5*5 的头像为例，一共有25个像素点，每个像素点可选择 0(无着色) 或 1(着色)，理论上可以有$2^{25}$种组合，即使考虑对称性也仍然有$2^{15}$种组合，若是再考虑不同的颜色，那组合会更多。

分享一个哈希头像的生成网站：http://identicon.net，这里可以是用不同的编码方式：MD5、SHA128、SHA256等。

下面分享下用Mathematica生成的头像。

在网络上找到一篇关于用Mathematica生成Identicon程序[1]，在此基础上略作修改。程序内有备注，方便阅读。

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name = "Idenicon"; 
hashcode = 
 Hash[name, 
  "MD5"]; (*以MD5方式转换成哈希值，此处可选择MD5、SHA256、SHA512等*)
hashcode2deci = 
 IntegerDigits[hashcode, 2, 128]; (*将哈希值转成128位的二进制数*)
seperate  = 
 Partition[hashcode2deci, 16] ;(*将128位的二进制划分，16个一组，共8组*)
BXOR = 
 BitXor @@@ seperate;  (*位异或，变成8个0 或者 1 的数字*)
{row5, 
  col3} = {BXOR[[1 ;; 5]], 
  BXOR[[-3 ;;]]};(*将第1到第5个数字取出，倒数3个数字取出构造数组*)
leftPart = 
 Table[BitXor[r, c], {r, row5}, {c, 
   col3}] ;(*构造5*5矩阵的左半边矩阵5*3*)
trans = 
 Transpose[leftPart];(*将矩阵转置*)
rightt =  
 trans[[2 ;; 2, All]] ; (*取转置矩阵的最后一行*)
For[i = 1, i >= 1, i--, 
 rightt = Join[rightt, 
   trans[[i ;; i, All]]]]; (*将矩阵行数降序排列*)
rightPart = 
 Transpose[rightt] ;(* 将右侧矩阵转置*)
joinedmatrix = 
 Join[leftPart, rightPart, 2];(*将左右两个矩阵合并*)
MatrixPlot[joinedmatrix, 
 ColorRules -> {1 -> Hue[Rescale[hashcode, {0, 2^128 - 1}]], 
   0 -> White}] (*绘制矩阵，并控制颜色和框线*)

在Mathematica中运行上述程序即可生成Identicon头像，你就能看到了。

大致讲一下上述程序的逻辑：

  1. 将字符串生成由0 和1组成的128位哈希值；
  2. 将哈希值分组，每16个为一组，一共8组；
  3. 使用位异或得到每组的0 或1 值；
  4. 将8个位异或值分成前5组和后3组，其中后3组控制5*5 矩阵的左半边矩阵(5*5)
  5. 生成了一个5*3的矩阵；
  6. 将该矩阵做轴对称变换(先转置5*3矩阵，后逆序排列取前两行，再转置成5*2的右矩阵)
  7. 两个矩阵合并成5*5矩阵，并绘制图像。

这里的可能存在的问题是：

Q: 为什么是128位哈希值，为什么要以16个为一组？
A: 这是可以修改的(在下面的例子中——150位哈希值并以10个为一组)。

Q: 这里为什么会出现8？
A: 因为在5*5矩阵，先生成左半边的矩阵，即5*3矩阵；若是10*10矩阵，则会生成10*5矩阵。

2. 用Mathematica生成10*10像素的Identicon头像

我们来试一下10*10像素的Identicon头像吧，只需要把程序中的几行修改一下。

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name = "Identicon"; 
hashcode = 
 Hash[name, 
  "MD5"]; (*以MD5方式转换成哈希值*)
hashcode2deci = 
 IntegerDigits[hashcode, 2, 150]; (*将哈希值转成150位的二进制数*)
seperate  = 
 Partition[hashcode2deci, 10] ;(*将150位的二进制划分，10个一组，共15组*)
BXOR = 
 BitXor @@@ seperate;  (*位异或，变成15个0 或者 1 的数字*)
{row10, 
  col5} = {BXOR[[1 ;; 10]], 
  BXOR[[-5 ;;]]}(*将第1到第10个数字取出，倒数5个数字取出构造数组*)
leftPart = 
 Table[BitXor[r, c], {r, row10}, {c, 
   col5}] ;(*构造10*10矩阵的左半边矩阵10*5*)
trans = Transpose[leftPart];(*将矩阵转置*)
rightt =  trans[[4 ;; 4, All]] 
For[i = 3, i >= 1, i--, rightt = Join[rightt, trans[[i ;; i, All]]]];
rightPart = Transpose[rightt] ;
joint = Join[leftPart, rightPart, 2] ;
joint // MatrixForm
(*joint = Join[leftPart,rightt,2]*) (*合并两个矩阵*)
MatrixPlot[joint, 
 ColorRules -> {1 -> Hue[Rescale[hashcode, {0, 2^128 - 1}]], 
   0 -> White}, Frame -> None] (*绘制矩阵，并控制颜色和框线*)

3. 更通用些？

考虑程序的通用性和兼容性，将需要改变的参数(dimension和elementnum)列出，就有了以下的调整，其中dimension是需要生成Identicon的尺寸，例如5*5，10*10等，elementnum是指划分元素的数目(可不修改)。

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name = "Identicon"; 
dimension = 25;
elementnum = 5;
(*--以下为主程序--*)
hashcode = Hash[name, "MD5"];
hashcode2deci = 
  IntegerDigits[hashcode, 2, 
   elementnum*(dimension + Quotient[dimension, 2] + 
      Mod[dimension, 2])]; 
seperate  = Partition[hashcode2deci, element] ;
BXOR = BitXor @@@ seperate;  
{rowd, cold} = {BXOR[[1 ;; dimension]], 
   BXOR[[-Quotient[dimension, 2] - Mod[dimension, 2] ;;]]};
leftPart = Table[BitXor[r, c], {r, rowd}, {c, cold}] ;
trans = Transpose[leftPart];
rightt =  
  trans[[Quotient[dimension, 2] + Mod[dimension, 2] - 1 ;; 
     Quotient[dimension, 2] + Mod[dimension, 2] - 1, All]] ; 
For[i = Quotient[dimension, 2] + Mod[dimension, 2] - 2, i >= 1, i--, 
  rightt = Join[rightt, trans[[i ;; i, All]]]]; 
rightPart = Transpose[rightt] ;
joinedmatrix = Join[leftPart, rightPart, 2];
MatrixPlot[joinedmatrix, 
 ColorRules -> {1 -> Hue[Rescale[hashcode, {0, 2^128 - 1}]], 
   0 -> White}]

生成的Identicon如下图所示。

4. 用Python来试试看

首先利用pip包管理工具下载identicon库

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$ pip install identicon

新建一个test.py的文件

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import identicon  
img= identicon.render_identicon('123123', 16)  
img.save('123123.png')

在python中运行，即可得到以下图片。

是不是有点不一样？这是因为生成像素矩阵的算法不一样，有时间再研究研究吧。

参考：

[1] Mathematica实战范例：[15]Github 头像制作

Log:

2019-01-11: 上传
2019-01-09: 调试通用程序
2019-01-08: Hexo插入数学公式
2019-01-04: 调试Mathematica程序
2018-12-29: 创建

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