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实现批量转换文件编码的方法
Jul 28 Python
Python中的FTP通信模块ftplib的用法整理
Jul 08 Python
Python实现自动登录百度空间的方法
Jun 10 Python
python的pandas工具包,保存.csv文件时不要表头的实例
Jun 14 Python
Python2.7环境Flask框架安装简明教程【已测试】
Jul 13 Python
Centos下实现安装Python3.6和Python2共存
Aug 15 Python
Python函数和模块的使用总结
May 20 Python
使用python实现unix2dos和dos2unix命令的例子
Aug 13 Python
Python序列化pickle模块使用详解
Mar 05 Python
Python数据分析之pandas读取数据
Jun 02 Python
python数字转对应中文的方法总结
Aug 02 Python
python中字符串String及其常见操作指南(方法、函数)
Apr 06 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
MySQL中create table语句的基本语法是
2007/01/15 PHP
PHP时间格式控制符对照表分享
2013/07/23 PHP
js校验表单后提交表单的三种方法总结
2014/02/28 Javascript
javascript获取select值的方法分析
2015/07/02 Javascript
Node.js重新刷新session过期时间的方法
2016/02/04 Javascript
Node.js编写爬虫的基本思路及抓取百度图片的实例分享
2016/03/12 Javascript
Angularjs 制作购物车功能实例代码
2016/09/14 Javascript
js获取Get值的方法
2016/09/29 Javascript
node.js实现回调的方法示例
2017/03/01 Javascript
JavaScript关联数组用法分析【概念、定义、遍历】
2017/03/15 Javascript
从对象列表中获取一个对象的方法,依据关键字和值
2017/09/20 Javascript
手把手教你使用vue-cli脚手架(图文解析)
2017/11/08 Javascript
解决Angular.js中使用Swiper插件不能滑动的问题
2018/02/26 Javascript
vue实现动态列表点击各行换色的方法
2018/09/13 Javascript
vue+axios 前端实现登录拦截的两种方式(路由拦截、http拦截)
2018/10/24 Javascript
Vue中用props给data赋初始值遇到的问题解决
2018/11/27 Javascript
vue自定义指令用法经典实例小结
2019/03/16 Javascript
AjaxFileUpload.js实现异步上传文件功能
2019/04/19 Javascript
[46:23]OG vs EG 2018国际邀请赛淘汰赛BO3 第一场 8.23
2018/08/24 DOTA
python多进程共享变量
2016/04/06 Python
书单|人生苦短,你还不用python!
2017/12/29 Python
python读取excel指定列数据并写入到新的excel方法
2018/07/10 Python
pycharm配置当鼠标悬停时快速提示方法参数
2019/07/31 Python
Python 中的 global 标识对变量作用域的影响
2019/08/12 Python
Python基于pyjnius库实现访问java类
2020/07/31 Python
Python 实现集合Set的示例
2020/12/21 Python
有模特经验的简历自我评价
2013/09/19 职场文书
高中自我鉴定范文
2013/11/03 职场文书
2014年小学教学工作总结
2014/11/13 职场文书
记者节感言
2015/08/03 职场文书
公司转让协议书
2016/03/19 职场文书
导游词之包公祠
2019/11/25 职场文书
golang 实现并发求和
2021/05/08 Golang
如何使用 resize 实现图片切换预览功能
2021/08/23 HTML / CSS
Java8中Stream的一些神操作
2021/11/02 Java/Android
深入理解go缓存库freecache的使用
2022/02/15 Golang