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跟着我学Python基础篇01.初露端倪 跟着我学Python基础篇02.数字与字符串编程 跟着我学Python基础篇03.选择结构 跟着我学Python基础篇04.循环 跟着我学Python基础篇05.函数 跟着我学Python基础篇06.列表 跟着我学Python基础篇07.文本 跟着我学Python基础篇08.集合和字典 目录 往期文章前言1. 图形简单绘图1.1 创建窗口1.2 线和多边形 2. 使用Sympy进行符号处理2.1 操作表达式2.1.1化简表达式2.1.2 展开表达式2.1.3 因式分解表达式2.1.4 求导数2.1.5 求积分 2.2 求解方程2.2.1 求解一元方程2.2.2求解多元方程2.2.3 求解高阶多项方程2.2.4 求解三角方程2.2.5 求解指数方程 2.3 画函数图像 3. 随机数的生成和模拟3.1 模拟掷骰子3.2 模拟打靶3.3 生成随机密码 前言
在基础篇我们已经掌握了Python中的一些基础的语法规则那么在进阶篇中我们将在更深度一些的层次上去学习和了解Python。
1. 图形简单绘图
matplotlib是一个用于创建高质量图形的Python库。它可以用于绘制各种类型的图形包括线图、散点图、条形图、直方图、饼图等。matplotlib提供了丰富的图形定制选项允许用户自定义各种元素如标签、标题、轴标签、颜色、线型等。此外matplotlib还可以与numpy、pandas等其他Python库一起使用以便更轻松地处理和可视化数据。
1.1 创建窗口
import matplotlib.pyplot as plt# 创建一个图形窗口
fig plt.figure()# 可选设置窗口的大小和标题
fig.set_size_inches(6, 4) # 设置窗口大小为6x4英寸
fig.suptitle(My Window) # 设置窗口标题# 显示窗口
plt.show() 我们首先使用plt.figure()创建了一个图形窗口对象fig。然后我们可以使用fig.set_size_inches()和fig.suptitle()来设置窗口的大小和标题。
1.2 线和多边形
import matplotlib.pyplot as plt# 创建一个图形窗口
fig plt.figure()# 可选设置窗口的大小和标题
fig.set_size_inches(6, 4) # 设置窗口大小为6x4英寸
fig.suptitle(My Window) # 设置窗口标题# 绘制折线图
x [1, 2, 3, 4, 5]
y [5, 4, 3, 2, 1]
plt.plot(x, y)# 显示窗口
plt.show() 我们首先创建了一个图形窗口并设置了窗口的大小和标题。然后使用plt.plot()函数绘制了一个折线图最后使用plt.show()函数显示图形窗口。你可以根据需要在窗口中绘制不同类型的图形。
import matplotlib.pyplot as plt# 数据
x [A, B, C, D]
y [10, 15, 7, 12]# 创建一个图形窗口
fig plt.figure()# 绘制柱状图
plt.bar(x, y)# 显示图形
plt.show() 我们定义了两个列表x和y分别表示柱状图的横轴和纵轴数据。然后创建一个图形窗口使用plt.bar()函数绘制柱状图。最后使用plt.show()函数显示图形窗口。
import matplotlib.pyplot as plt# 数据
x [A, B, C, D]
y [10, 15, 7, 12]# 颜色
colors [red, green, blue, orange]# 创建一个图形窗口
fig plt.figure()# 绘制柱状图并填充颜色
plt.bar(x, y, colorcolors)# 显示图形
plt.show() 定义了一个colors列表其中每个元素对应柱状图中每个柱子的颜色。然后创建一个图形窗口使用plt.bar()函数绘制柱状图并通过color参数指定填充颜色。最后使用plt.show()函数显示图形窗口。你可以根据实际需求调整x、y和colors的值以及使用其他参数来自定义柱状图的样式如宽度、边框颜色等。
2. 使用Sympy进行符号处理
sympy包提供了大量的函数可以计算更多公式的值包括微积分。让我们来感受一下。
2.1 操作表达式
2.1.1化简表达式
Sympy可以将表达式自动化简为最简形式。以下是一个例子
import sympy# 定义符号变量x和y
x, y sympy.symbols(x y)# 定义表达式
expr 2*x x - x**2# 化简表达式
simplified_expr sympy.simplify(expr)# 输出化简后的表达式
print(simplified_expr)在这个例子中我们定义了一个表达式2*x x - x**2使用sympy.simplify()函数将其化简为最简形式并将结果存储在变量simplified_expr中。最后我们使用print()函数输出化简后的表达式。
2.1.2 展开表达式
Sympy可以将表达式展开为多项式。以下是一个例子
import sympy# 定义符号变量x和y
x, y sympy.symbols(x y)# 定义表达式
expr (x y)**2# 展开表达式
expanded_expr sympy.expand(expr)# 输出展开后的表达式
print(expanded_expr)在这个例子中我们定义了一个表达式(x y)**2使用sympy.expand()函数将其展开为多项式并将结果存储在变量expanded_expr中。最后我们使用print()函数输出展开后的表达式。
2.1.3 因式分解表达式
将表达式因式分解为乘积形式。以下是一个例子
import sympy# 定义符号变量x和y
x, y sympy.symbols(x y)# 定义表达式
expr x**2 - y**2# 因式分解表达式
factored_expr sympy.factor(expr)# 输出因式分解后的表达式
print(factored_expr)在这个例子中我们定义了一个表达式x2 - y2使用sympy.factor()函数将其因式分解为x y)*(x - y)的乘积形式并将结果存储在变量actored_expr中。最后我们使用print()函数输出因式分解后的表达式。
2.1.4 求导数
Sympy可以对表达式求导数。以下是一个例子
import sympy# 定义符号变量x和y
x, y sympy.symbols(x y)# 定义表达式
expr x**3 2*x**2 x# 对表达式求导
derivative_expr sympy.diff(expr, x)# 输出求导后的表达式
print(derivative_expr)在这个例子中我们定义了一个表达式x3 2*x2 x使用sympy.diff()函数对其求导并将结果存储在变量derivative_expr中。最后我们使用print()函数输出求导后的表达式。
2.1.5 求积分
import sympy# 定义符号变量x和y
x, y sympy.symbols(x y)# 定义表达式
expr x**3 2*x**2 x# 对表达式求积分
integral_expr sympy.integrate(expr, x)# 输出求积分后的表达式
print(integral_expr)在这个例子中我们定义了一个表达式x3 2*x2 x使用sympy.integrate()函数对其求积分并将结果存储在变量integral_expr中。最后我们使用print()函数输出求积分后的表达式。
2.2 求解方程
2.2.1 求解一元方程
import sympy# 定义符号变量x
x sympy.symbols(x)# 定义方程
equation sympy.Eq(x**2 - 4, 0)# 求解方程
solutions sympy.solve(equation, x)# 输出方程的解
print(solutions)我们定义了一个一元方程x**2 - 4 0使用sympy.solve()函数来求解方程并将结果存储在变量solutions中。最后我们使用print()函数输出方程的解。
2.2.2求解多元方程
import sympy# 定义符号变量x和y
x, y sympy.symbols(x y)# 定义方程组
equations [sympy.Eq(x y, 5),sympy.Eq(2*x - y, 1)
]# 求解方程组
solutions sympy.solve(equations, (x, y))# 输出方程组的解
print(solutions) 我们定义了一个多元方程组包含两个方程x y 5和2*x - y 1。我们使用sympy.solve()函数来求解方程组并将结果存储在变量solutions中。最后我们使用print()函数输出方程组的解。
2.2.3 求解高阶多项方程
import sympy# 定义符号变量x
x sympy.symbols(x)# 定义高阶多项式方程
equation x**4 - 6*x**3 11*x**2 - 6*x# 求解方程
solutions sympy.solve(equation, x)# 输出方程的解
print(solutions) 高阶多项式方程x4 - 6*x3 11x**2 - 6x使用sympy.solve()函数求解方程并将结果存储在变量solutions中。最后我们使用print()函数输出方程的解。
2.2.4 求解三角方程
import sympy# 定义符号变量x
x sympy.symbols(x)# 定义三角方程
equation sympy.sin(x) - sympy.cos(x)# 求解方程
solutions sympy.solve(equation, x)# 输出方程的解
print(solutions) 我们定义了一个三角方程sin(x) - cos(x)使用sympy.solve()函数求解方程并将结果存储在变量solutions中。最后我们使用print()函数输出方程的解。
2.2.5 求解指数方程
import sympy# 定义符号变量x
x sympy.symbols(x)# 定义指数方程
equation sympy.exp(x) - 2**x# 求解方程
solutions sympy.solve(equation, x)# 输出方程的解
print(solutions) 2.3 画函数图像
import sympy
from sympy.plotting import plot# 定义符号变量x
x sympy.symbols(x)# 定义函数
f x**2# 绘制函数图像
p plot(f, (x, -5, 5), showFalse)# 设置标题和坐标轴标签
p.title Function Graph
p.xlabel x
p.ylabel y# 显示图像
p.show() 我们定义了一个函数f(x) x**2使用sympy库的plot()函数来绘制函数的图像。第一个参数是要绘制的函数第二个参数是函数自变量的范围。plot()函数还有许多其他参数可以用来定制图像例如线条颜色、线条样式等。 最后我们设置了标题和坐标轴标签并使用show()函数显示图像。 注意sympy库的绘图功能相对于专业的绘图库可能较为简单因此对于绘制复杂的图像建议使用更专业的绘图库例如matplotlib。
3. 随机数的生成和模拟
3.1 模拟掷骰子
import pygame
import sys
import random
import timepygame.init()WINDOW_SIZE (400, 400)
screen pygame.display.set_mode(WINDOW_SIZE)
pygame.display.set_caption(Rolling Dice Animation)DICE_POINTS {1: [(200, 200)],2: [(170, 170), (230, 230)],3: [(170, 170), (200, 200), (230, 230)],4: [(170, 170), (230, 230), (170, 230), (230, 170)],5: [(170, 170), (230, 230), (170, 230), (230, 170), (200, 200)],6: [(170, 170), (230, 230), (170, 230), (230, 170), (170, 200), (230, 200)],
}def draw_dice(number):screen.fill((255, 255, 255))pygame.draw.rect(screen, (0, 0, 0), (150, 150, 100, 100))for point in DICE_POINTS[number]:pygame.draw.circle(screen, (255, 0, 0), point, 10)pygame.display.flip()def roll_dice_animation():current_number 1for _ in range(30):draw_dice(current_number)current_number random.randint(1, 6)time.sleep(0.1)return current_numberdef main():while True:for event in pygame.event.get():if event.type pygame.QUIT:pygame.quit()sys.exit()result roll_dice_animation()print(fDice rolled: {result})time.sleep(1) # 停留一秒显示掷出的点数if __name__ __main__:main() 3.2 模拟打靶
import pygame
import sys
import randompygame.init()WINDOW_SIZE (400, 400)
screen pygame.display.set_mode(WINDOW_SIZE)
pygame.display.set_caption(Target Shooting Simulation)TARGET_RADIUS 50 # 调整靶子半径
TARGET_COLOR (255, 0, 0)
BACKGROUND_COLOR (255, 255, 255)shots []def draw_target():pygame.draw.circle(screen, TARGET_COLOR, (200, 200), TARGET_RADIUS)def draw_shots():for shot in shots:pygame.draw.circle(screen, (0, 255, 0), shot[0], 5)font pygame.font.Font(None, 36)text font.render(str(shot[1]), True, (0, 255, 0))screen.blit(text, (shot[0][0] - 10, shot[0][1] - 20))def calculate_score(distance):max_distance TARGET_RADIUSmin_distance 0normalized_distance max(0, min((max_distance - distance) / max_distance, 1))score int(normalized_distance * 10)return scoredef main():clock pygame.time.Clock()while True:for event in pygame.event.get():if event.type pygame.QUIT:pygame.quit()sys.exit()elif event.type pygame.MOUSEBUTTONDOWN and event.button 1: # 左键点击mouse_x, mouse_y pygame.mouse.get_pos()distance ((mouse_x - 200) ** 2 (mouse_y - 200) ** 2) ** 0.5if distance TARGET_RADIUS:score calculate_score(distance)print(fHit! Score: {score})shots.append(((mouse_x, mouse_y), score))screen.fill(BACKGROUND_COLOR)draw_target()draw_shots()pygame.display.flip()clock.tick(60)if __name__ __main__:main() 3.3 生成随机密码
import random
import stringdef generate_password(length12):characters string.ascii_letters string.digits string.punctuationpassword .join(random.choice(characters) for _ in range(length))return password# 生成一个默认长度为12的密码
password generate_password()
print(Generated Password:, password)
