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Python如何实现随机漫步

时间:2024-8-4 06:36     作者:韩俊     分类: Python


本文小编为大家详细介绍“Python如何实现随机漫步”,内容详细,步骤清晰,细节处理妥当,希望这篇“Python如何实现随机漫步”文章能帮助大家解决疑惑,下面跟着小编的思路慢慢深入,一起来学习新知识吧。

1.  创建 RandomWalk 类

为模拟随机漫步,首先创建一个名为 RandomWalk  的类,其作用是 随机的选择前进方向。这个类需要三个属性:一个是 存储随机漫步次数的变量,其他两个是 列表,分别存储随机漫步经过的每个点的 x 坐标y 坐标

RandomWalk 类只包含两个方法:

    方法 __init__ () ,初始化属性

    方法 fill_walk () ,计算随机漫步经过的所有点

from random import choice
 
class RandomWalk:
    '''一个生成随机漫步数据的类'''
 
    def __init__(self, num_points = 500):
        '''初始化随机漫步的属性'''
 
        self.num_points = num_points
 
        # 所有随机漫步都使于(0,0)
        self.x_values = [0]
        self.y_values = [0]

    为做出 随机决策,将 所有可能的选择 都存储在一个列表中,并在每次决策时,都使用模块 random 中的 choice () 来决定使用哪种选择 。

    将随机漫步包含的默认点数设置为 5000,这个数大到 足以生成有趣的模式,又小到可确保能够 快速地模拟随机漫步。

    创建两个用于存储 x 值和 y 值的列表,并让每次漫步都从 点(0,0)出发。

2.  选择方向 

我们将使用方法 fill_walk() 来生成 漫步包含的点,并 决定每次漫步的方向。 

import random
 
def fill_walk(self):
    '''计算随机漫步包含的所有点'''
 
    # 不断漫步,直到列表达到指定的长度
    while len(self.x_values) < self.num_points:
 
        # 决定前进方向以及沿这个方向前进的距离
        x_direction = random.choice([1,-1])
        x_distance = random.choice([0,1,2,3,4])
        x_step = x_direction * x_distance
 
        y_direction = random.choice([1,-1])
        y_distance = random.choice([0,1,2,3,4])
        y_step = y_direction * y_distance
 
        # 拒绝原地踏步
        if x_step == 0 and y_step == 0:
            continue
 
        # 计算下一个点的 x 值和 y 的值
        x = self.x_values[-1] + x_step
        y = self.y_values[-1] + y_step
 
        self.x_values.append(x)
        self.y_values.append(y)

    先建立一个循环,它不断运行,直到漫步包含所需的点数。方法 fill_walk()的主要部分告诉 Python 如何模拟四种漫步决定:向右走还是向左走?沿指定的方向走多远?向上走还是向下走?沿指定的方向走多远?

     使用 choice([-1,-1]) 给 x_direction 选择一个值,结果要么是表示向右走的 1,要么是表示向左走的 -1。接下来,choice([0,1,2,3,4]) 随机的选择一个 0~4 的整数,告诉 Python 沿指定方向走多远(x_distance)。通过包含 0 ,不仅能够同时沿两个轴移动,还能够只沿一个轴移动。

    将 移动方向乘以移动距离,确定沿 x 轴和 y 轴移动的距离。如果 x_step 为正将向右移动,为负将向左移动,为零将垂直移动;如果 y_step 为正将向上移动,为负将向下移动,为零将水平移动。如果 x_step 和 y_step 都为零,则意味着原地踏步。我们拒绝这样的情况,接着执行下一次循环。

    为获取漫步中下一个点的 x 的值,将 x_step 和 x_values 中的最后一个值相加,对 y 值也做相同的处理。获得下一个点的 x 值和 y 值后,将它们分别附件到列表 x_values 和 y_values 的末尾。

3.  绘制随机漫步图 

下面的代码将随机漫步的所有点都绘制出来:

from random import choice
import matplotlib.pyplot as plt
 
class RandomWalk:
    '''一个生成随机漫步数据的类'''
 
    def __init__(self, num_points = 5000):
        '''初始化随机漫步的属性'''
 
        self.num_points = num_points
 
        # 所有随机漫步都使于(0,0)
        self.x_values = [0]
        self.y_values = [0]
 
    def fill_walk(self):
        '''计算随机漫步包含所有的点'''
 
        # 不断漫步,直到列表达到指定的长度
        while len(self.x_values) < self.num_points:
 
            # 决定前进的方向以及沿着这个方向前进的距离
            x_direction = choice([1,-1])
            x_distance = choice([0,1,2,3,4])
            x_step = x_direction * x_distance
 
            y_direction = choice([1,-1])
            y_distance = choice([0,1,2,3,4])
            y_step = y_direction * y_distance
 
            # 拒绝原地踏步
            if x_step == 0 and y_step == 0:
                continue
 
            # 计算下一个点的 x 值和 y 值
            x = self.x_values[-1] + x_step
            y = self.y_values[-1] + y_step
 
            self.x_values.append(x)
            self.y_values.append(y)
 
# 创建一个 RandomWalk 实例
random_wander = RandomWalk()
random_wander.fill_walk()
 
# 将所有的点都绘制出来
plt.style.use('classic')
(fig,ax) = plt.subplots()
ax.scatter(random_wander.x_values, random_wander.y_values, s = 15)
plt.show()

标签: python

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