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
web.py中调用文件夹内模板的方法
Aug 26 Python
跟老齐学Python之有容乃大的list(4)
Sep 28 Python
Python3中多线程编程的队列运作示例
Apr 16 Python
Python函数定义及传参方式详解(4种)
Mar 18 Python
django的auth认证,authenticate和装饰器功能详解
Jul 25 Python
python的re模块使用方法详解
Jul 26 Python
python getpass实现密文实例详解
Sep 24 Python
基于python实现对文件进行切分行
Apr 26 Python
Python中logging日志记录到文件及自动分割的操作代码
Aug 05 Python
python爬虫判断招聘信息是否存在的实例代码
Nov 20 Python
利用python调用摄像头的实例分析
Jun 07 Python
Python保存并浏览用户的历史记录
Apr 29 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下MYSQL limit的优化
2008/01/10 PHP
php中根据某年第几天计算出日期年月日的代码
2011/02/24 PHP
PHP实现远程下载文件到本地
2015/05/17 PHP
phpStudy访问速度慢和启动失败的解决办法
2015/11/19 PHP
php中遍历二维数组并以表格的形式输出的方法
2017/01/03 PHP
formvalidator验证插件中有关ajax验证问题
2013/01/04 Javascript
JavaScript实现为指定对象添加多个事件处理程序的方法
2015/04/17 Javascript
JavaScript的Date()方法使用详解
2015/06/09 Javascript
JS HTML5实现拖拽移动列表效果
2020/08/27 Javascript
js+html制作简单日历的方法
2017/06/27 Javascript
Angular4项目中添加i18n国际化插件ngx-translate的步骤详解
2017/07/02 Javascript
vue loadmore组件上拉加载更多功能示例代码
2017/07/19 Javascript
elementUI Tree 树形控件的官方使用文档
2019/04/25 Javascript
Vue如何获取数据列表展示
2019/12/11 Javascript
基于JavaScript实现表格隔行换色
2020/05/08 Javascript
vue@cli3项目模板怎么使用public目录下的静态文件
2020/07/07 Javascript
python标准日志模块logging的使用方法
2013/11/01 Python
django 发送邮件和缓存的实现代码
2018/07/18 Python
python格式化输出保留2位小数的实现方法
2019/07/02 Python
python实现爬取百度图片的方法示例
2019/07/06 Python
Python中私有属性的定义方式
2020/03/05 Python
Meli Melo官网:名媛们钟爱的英国奢侈手包品牌
2017/04/17 全球购物
生产车间实习自我鉴定
2013/09/23 职场文书
银行实习生的自我评价
2014/01/13 职场文书
旅游管理专业大学生职业规划书
2014/02/27 职场文书
高中学生会竞选演讲稿
2014/08/25 职场文书
2014机关党员干部“正风肃纪”思想汇报
2014/09/15 职场文书
专题组织生活会思想汇报
2014/10/01 职场文书
解除劳动合同证明书模板
2014/11/20 职场文书
教师节联欢会主持词
2015/07/04 职场文书
2016先进工作者事迹材料
2016/02/25 职场文书
《悲惨世界》:比天空更广阔的是人的心灵
2020/01/16 职场文书
浅谈如何提高PHP代码质量之端到端集成测试
2021/05/28 PHP
MySQL对数据表已有表进行分区表的实现
2021/11/01 MySQL
python lambda 表达式形式分析
2022/04/03 Python
PostgreSQL并行计算算法及参数强制并行度设置方法
2022/04/06 PostgreSQL