Python如何生成树形图案


Posted in Python onJanuary 03, 2018

本文实例为大家分享了Python生成树形图案的具体代码,供大家参考,具体内容如下

先看一下效果,见下图。

Python如何生成树形图案

上面这颗大树是使用Python + Tkinter绘制的,主要原理为使用分形画树干、树枝,最终叶节点上画上绿色圆圈代表树叶。当然,为了看起来更真实,绘制过程中也加入了一些随机变化,比如树枝会稍微有些扭曲而不是一条直线,分叉的角度、长短等都会随机地作一些偏移等。

以下是完整源代码:

# -*- coding: utf-8 -*- 
 
import Tkinter 
import sys, random, math 
 
class Point(object): 
  def __init__(self, x, y): 
    self.x = x 
    self.y = y 
 
  def __str__(self): 
    return "<Point>: (%f, %f)" % (self.x, self.y) 
 
class Branch(object): 
  def __init__(self, bottom, top, branches, level = 0): 
    self.bottom = bottom 
    self.top = top 
    self.level = level 
    self.branches = branches 
    self.children = [] 
 
  def __str__(self): 
    s = "Top: %s, Bottom: %s, Children Count: %d" % / 
      (self.top, self.bottom, len(self.children)) 
    return s 
 
  def nextGen(self, n = -1, rnd = 1): 
    if n <= 0: n = self.branches 
    if rnd == 1: 
      n = random.randint(n / 2, n * 2) 
      if n <= 0: n = 1 
    dx = self.top.x - self.bottom.x 
    dy = self.top.y - self.bottom.y 
    r = 0.20 + random.random() * 0.2 
    if self.top.x == self.bottom.x: 
      # 如果是一条竖线 
      x = self.top.x 
      y = dy * r + self.bottom.y 
    elif self.top.y == self.bottom.y: 
      # 如果是一条横线 
      x = dx * r + self.bottom.x 
      y = self.top.y 
    else: 
      x = dx * r 
      y = x * dy / dx 
      x += self.bottom.x 
      y += self.bottom.y 
    oldTop = self.top 
    self.top = Point(x, y) 
    a = math.pi / (2 * n) 
    for i in range(n): 
      a2 = -a * (n - 1) / 2 + a * i - math.pi 
      a2 *= 0.9 + random.random() * 0.2 
      self.children.append(self.mkNewBranch(self.top, oldTop, a2)) 
 
  def mkNewBranch(self, bottom, top, a): 
    dx1 = top.x - bottom.x 
    dy1 = top.y - bottom.y 
    r = 0.9 + random.random() * 0.2 
    c = math.sqrt(dx1 ** 2 + dy1 ** 2) * r 
    if dx1 == 0: 
      a2 = math.pi / 2 
    else: 
      a2 = math.atan(dy1 / dx1) 
      if (a2 < 0 and bottom.y > top.y) / 
        or (a2 > 0 and bottom.y < top.y) / 
        : 
        a2 += math.pi 
    b = a2 - a 
    dx2 = c * math.cos(b) 
    dy2 = c * math.sin(b) 
    newTop = Point(dx2 + bottom.x, dy2 + bottom.y) 
    return Branch(bottom, newTop, self.branches, self.level + 1) 
 
class Tree(object): 
  def __init__(self, root, canvas, bottom, top, branches = 3, depth = 3): 
    self.root = root 
    self.canvas = canvas 
    self.bottom = bottom 
    self.top = top 
    self.branches = branches 
    self.depth = depth 
    self.new() 
 
  def gen(self, n = 1): 
    for i in range(n): 
      self.getLeaves() 
      for node in self.leaves: 
        node.nextGen() 
    self.show() 
 
  def new(self): 
    self.leavesCount = 0 
    self.branch = Branch(self.bottom, self.top, self.branches) 
    self.gen(self.depth) 
    print "leaves count: %d" % self.leavesCount 
 
  def chgDepth(self, d): 
    self.depth += d 
    if self.depth < 0: self.depth = 0 
    if self.depth > 10: self.depth = 10 
    self.new() 
 
  def chgBranch(self, d): 
    self.branches += d 
    if self.branches < 1: self.branches = 1 
    if self.branches > 10: self.branches = 10 
    self.new() 
 
  def getLeaves(self): 
    self.leaves = [] 
    self.map(self.findLeaf) 
 
  def findLeaf(self, node): 
    if len(node.children) == 0: 
      self.leaves.append(node) 
 
  def show(self): 
    for i in self.canvas.find_all(): 
      self.canvas.delete(i) 
    self.map(self.drawNode) 
    self.canvas.tag_raise("leaf") 
 
  def exit(self, evt): 
    sys.exit(0) 
 
  def map(self, func = lambda node: node): 
    # 遍历树 
    children = [self.branch] 
    while len(children) != 0: 
      newChildren = [] 
      for node in children: 
        func(node) 
        newChildren.extend(node.children) 
      children = newChildren 
 
  def drawNode(self, node): 
    self.line2( 
#    self.canvas.create_line( 
        node.bottom.x, 
        node.bottom.y, 
        node.top.x, 
        node.top.y, 
        fill = "#100", 
        width = 1.5 ** (self.depth - node.level), 
        tags = "branch level_%d" % node.level, 
      ) 
 
    if len(node.children) == 0: 
      # 画叶子 
      self.leavesCount += 1 
      self.canvas.create_oval( 
          node.top.x - 3, 
          node.top.y - 3, 
          node.top.x + 3, 
          node.top.y + 3, 
          fill = "#090", 
          tag = "leaf", 
        ) 
 
    self.canvas.update() 
 
  def line2(self, x0, y0, x1, y1, width = 1, fill = "#000", minDist = 10, tags = ""): 
    dots = midDots(x0, y0, x1, y1, minDist) 
    dots2 = [] 
    for i in range(len(dots) - 1): 
      dots2.extend([dots[i].x, 
        dots[i].y, 
        dots[i + 1].x, 
        dots[i + 1].y]) 
    self.canvas.create_line( 
        dots2, 
        fill = fill, 
        width = width, 
        smooth = True, 
        tags = tags, 
      ) 
 
def midDots(x0, y0, x1, y1, d): 
  dots = [] 
  dx, dy, r = x1 - x0, y1 - y0, 0 
  if dx != 0: 
    r = float(dy) / dx 
  c = math.sqrt(dx ** 2 + dy ** 2) 
  n = int(c / d) + 1 
  for i in range(n): 
    if dx != 0: 
      x = dx * i / n 
      y = x * r 
    else: 
      x = dx 
      y = dy * i / n 
    if i > 0: 
      x += d * (0.5 - random.random()) * 0.25 
      y += d * (0.5 - random.random()) * 0.25 
    x += x0 
    y += y0 
    dots.append(Point(x, y)) 
  dots.append(Point(x1, y1)) 
  return dots 
 
if __name__ == "__main__": 
  root = Tkinter.Tk() 
  root.title("Tree") 
  gw, gh = 800, 600 
  canvas = Tkinter.Canvas(root, 
      width = gw, 
      height = gh, 
    ) 
  canvas.pack() 
  tree = Tree(root, canvas, Point(gw / 2, gh - 20), Point(gw / 2, gh * 0.2), / 
    branches = 2, depth = 8) 
  root.bind("n", lambda evt: tree.new()) 
  root.bind("=", lambda evt: tree.chgDepth(1)) 
  root.bind("+", lambda evt: tree.chgDepth(1)) 
  root.bind("-", lambda evt: tree.chgDepth(-1)) 
  root.bind("b", lambda evt: tree.chgBranch(1)) 
  root.bind("c", lambda evt: tree.chgBranch(-1)) 
  root.bind("q", tree.exit) 
  root.mainloop()

因为每次生成的树都是随机的,所以你生成的树和上图会不太一样,可能会更为枝繁叶茂,也可能会看起来才刚刚发芽。程序中绑定了若干快捷键,比如“n”是随机产生一颗新的树,“q”是退出程序。另外还有一些不太常用的快捷键,如“+”/“-”是增加/减少树的深度,“b”/“c”分别代表更多/更少的分叉,需要注意的是,增加深度或分叉可能需要更多的计算时间。

从这次树形图案的绘制过程中,我也有一些有趣的发现,比如,树枝上某一处的横截面宽度与它与树根之间的距离似乎呈一种指数函数的关系。如用H表示树的总高度,h表示树枝上某一点的高度,w表示这一点横截面的宽度,那么w与h之间似乎存在这样一种关系:w = a * b ^ (H - h) + c,这儿a、b、c都是常数。当然,这只是一个猜测,因为绘制的过程中我发现当w与h满足这样关系时画出来的图案看起来最“自然”,这个问题或许下次可以再深入研究一下。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
Python 爬虫学习笔记之正则表达式
Sep 21 Python
浅谈python jieba分词模块的基本用法
Nov 09 Python
Python+OpenCV实现车牌字符分割和识别
Mar 31 Python
Python实现按照指定要求逆序输出一个数字的方法
Apr 19 Python
使用python画个小猪佩奇的示例代码
Jun 06 Python
Python3自动签到 定时任务 判断节假日的实例
Nov 13 Python
windows下搭建python scrapy爬虫框架步骤
Dec 23 Python
Python 实现数据结构-堆栈和队列的操作方法
Jul 17 Python
python字符串替换re.sub()方法解析
Sep 18 Python
使用pandas实现连续数据的离散化处理方式(分箱操作)
Nov 22 Python
Python如何使用队列方式实现多线程爬虫
May 12 Python
Python面向对象之内置函数相关知识总结
Jun 24 Python
Python爬取十篇新闻统计TF-IDF
Jan 03 #Python
Python制作词云的方法
Jan 03 #Python
Python读取Json字典写入Excel表格的方法
Jan 03 #Python
python基于ID3思想的决策树
Jan 03 #Python
python遍历文件夹下所有excel文件
Jan 03 #Python
Python将多份excel表格整理成一份表格
Jan 03 #Python
Python将多个excel文件合并为一个文件
Jan 03 #Python
You might like
php木马webshell扫描器代码
2012/01/25 PHP
php获取apk包信息的方法
2014/08/15 PHP
CodeIgniter删除和设置Cookie的方法
2015/04/07 PHP
php使用array_search函数实现数组查找的方法
2015/06/12 PHP
yii2中LinkPager增加总页数和总记录数的实例
2017/08/28 PHP
详解在YII2框架中使用UEditor编辑器发布文章
2018/11/02 PHP
Laravel 将数据表的数据导出,并生成seeds种子文件的方法
2019/10/09 PHP
PHP7创建COOKIE和销毁COOKIE的实例方法
2020/02/03 PHP
jQuery给多个不同元素添加class样式的方法
2015/03/26 Javascript
JavaScript多线程详解
2015/08/12 Javascript
javascript移动开发中touch触摸事件详解
2016/03/18 Javascript
JavaScript实现相册弹窗功能(zepto.js)
2016/06/21 Javascript
浅谈js图片前端预览之filereader和window.URL.createObjectURL
2016/06/30 Javascript
Vuejs第八篇之Vuejs组件的定义实例解析
2016/09/05 Javascript
简单实现IONIC购物车功能
2017/01/10 Javascript
async/await地狱该如何避免详解
2018/05/10 Javascript
Vue项目中使用better-scroll实现菜单映射功能方法
2019/09/11 Javascript
jquery实现上传文件进度条
2020/03/26 jQuery
在vue项目中 实现定义全局变量 全局函数操作
2020/10/26 Javascript
python版本的读写锁操作方法
2016/04/25 Python
利用 python 对目录下的文件进行过滤删除
2017/12/27 Python
解决python3 urllib 链接中有中文的问题
2018/07/16 Python
pytorch逐元素比较tensor大小实例
2020/01/03 Python
Python+PyQt5+MySQL实现天气管理系统
2020/06/16 Python
通过Canvas及File API缩放并上传图片完整示例
2013/08/08 HTML / CSS
Bluebella美国官网:英国性感内衣品牌
2018/10/04 全球购物
世界上最大的皮肤科医生拥有和经营的美容网站:LovelySkin
2021/01/03 全球购物
医药专业推荐信
2013/11/15 职场文书
商务主管岗位职责
2013/12/08 职场文书
合伙经营协议书范本
2014/04/18 职场文书
如何写股份合作协议书
2014/09/11 职场文书
店长岗位职责
2015/02/11 职场文书
话题作文之关于呼唤
2019/11/29 职场文书
Python控制台输出俄罗斯方块移动和旋转功能
2021/04/18 Python
JavaScript与JQuery框架基础入门教程
2021/07/15 Javascript
浅谈redis整数集为什么不能降级
2021/07/25 Redis