python manim实现排序算法动画示例


Posted in Python onAugust 14, 2022

什么是 manim

Manim 是一个用于精确编程动画的引擎,专为创建解释性数学视频而设计。

注意,有两个主要版本的 manim。该存储库最初是 3Blue1Brown 的作者的个人项目,目的是为这些视频制作动画,此处提供了视频专用代码。2020 年,一群开发人员将其分叉成现在的社区版,目标是更稳定、更好地测试、更快地响应社区贡献,以及更友好地开始使用。

主要版本如下:

冒泡排序介绍

本文就使用 manim 来实现一个冒泡排序的动画,首先来了解下什么是冒泡排序

冒泡排序(Bubble Sort)也是一种简单直观的排序算法。它重复地走访过要排序的数列,一次比较两个元素,如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换,也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢"浮"到数列的顶端。

算法步骤

  • 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换他们两个。
  • 对每一对相邻元素作同样的工作,从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后,最后的元素会是最大的数。
  • 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。
  • 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤,直到没有任何一对数字需要比较。

初始化元素

比如我们需要排序数组为: [4,2,3,1,5]

首先,需要在 manim 场景上初始化我们的需要排序的所有元素,这里用矩形来表示。

在 manim 中,可以用 Rectangle 来初始化矩形,然后我们通过设置元素不同的高度来表示不同的元素大小。

  • main.py
from manimlib import *
class Test(Scene):
    def construct(self):
        COLOR = [BLUE, GREEN, RED, PINK, ORANGE, MAROON_B, TEAL, PURPLE_B, GREY_BROWN]
        arr = [4,2,3,1,5]
        g = VGroup()
        for i in range(len(arr)):
            r1=Rectangle(width=1,height=arr[i],fill_color=COLOR[i%len(COLOR)],fill_opacity=1)
            t1=Text(str(arr[i])).scale(0.5)
            rec = VGroup(r1,t1)
            g.add(rec)
        g.arrange(RIGHT,aligned_edge=DOWN)
        self.add(g)
        self.wait()

使用下面的命令运行上面的代码:

manimgl main.py BubbleSort

ManimGL v1.6.1
[11:27:18] INFO     Using the default configuration file, which you can modify in `/Users/zheng/anaconda3/envs/manim/lib/python3.10/site-packages/manimlib/default_config.yml`                                                                                         config.py:265
           INFO     If you want to create a local configuration file, you can create a file named `custom_config.yml`, or run `manimgl --config`                                                                                                                       config.py:266
[11:27:20] INFO     Tips: You are now in the interactive mode. Now you can use the keyboard and the mouse to interact with the scene. Just press `q` if you want to quit.

运行后,就会出现一个窗口显示如下画面。

python manim实现排序算法动画示例

代码说明

上面代码中,通过继承父类 Scene 然后重新父类的 construct 来构建一个场景。

然后在场景中添加了矩形(Rectangle)和文本(Text),并且将这两个元素添加到了 VGroup 类中。

再用一个 VGroup 来包含所有的 VGroup,通过调用 arrange 方法来排列这些元素。第一个 RIGHT 参数表示所有元素向右依次排列,aligned_edge 表示对齐的边,这里我们传入 DOWN 将底边对齐。

最后使用 self.add() 方法把 VGroup 添加到场景中。

Rectangle 类定义了矩形的创建,更多图形可以查看 docs.manim.org.cn/documentati…

元素交换动画

通过算法步骤的第一步:比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换他们两个。就涉及到了交换的动画。

一开始,我用 manim 提供的 CyclicReplace 方法来交换两个元素。效果如下:

self.play(CyclicReplace(g[0], g[1]))
self.wait()

python manim实现排序算法动画示例

交换是交换了,但是交换后对齐的边变成了顶部对齐了,不符合预期。于是继续查看文档,最终决定使用元素的 target 属性来进行交换动画的制作。

上面我们要交换 g(0)g(1) 两个元素,所以我们定义这两个交换元素的 target

g[0].generate_target()
g[0].target.next_to(g[1],ORIGIN,aligned_edge=DOWN)
g[1].generate_target()
g[1].target.next_to(g[0],ORIGIN,aligned_edge=DOWN)

generate_target() 表示生成元素的 target, next_to() 表示将元素移动到指定的位置。

比如 g[0],我们先生成元素的 target,然后操作 target 将元素通过 next_to 方法移动到 g[1] 的位置。其中 ORIGIN 表示 g[1] 的所在位置。 我们对 g[1] 的元素也做类似的操作。

然后使用 MoveToTarget 来将元素转换到定义的 target 上,通过调用 self.play() 方法来播放动画。

self.play(MoveToTarget(g[0]),MoveToTarget(g[1]))

python manim实现排序算法动画示例

嗯~完美符合预期。

实现代码

根据上面的知识点,接下来就可以编写一个冒泡排序的动画了。

这里在初始化场景元素时,额外添加了一个数组来存放所有场景元素,因为在交换元素位置后,也要交换对应索引下的元素,如果直接用 VGroup 来交换时,会出现问题。

self.g[j],self.g[j+1] = self.g[j+1],self.g[j]
TypeError: 'VGroup' object does not support item assignment

所以用额外的数组去接收。

还添加了一个 Indicate 方法,当涉及到对应交换的元素时,会做一个类似对焦的动作。

from manimlib import *
class BubbleSort(Scene):
    def construct(self):
        self.COLOR = [BLUE, GREEN, RED, PINK, ORANGE, MAROON_B, TEAL, PURPLE_B, GREY_BROWN]
        self.bubbleSort([4,2,3,1,5])
    def init_vmobj(self,arr):
        '''
            初始化场景元素
        '''
        self.vmArr = []
        g = VGroup()
        for i in range(len(arr)):
            r1=Rectangle(width=1,height=arr[i]/2,fill_color=self.COLOR[i%len(self.COLOR)],fill_opacity=1)
            t1=Text(str(arr[i])).scale(0.5)
            rec = VGroup(r1,t1)
            self.vmArr.append(rec)
            g.add(rec)
        g.arrange(RIGHT,aligned_edge=DOWN)
        self.add(g)
        self.wait()
    def bubbleSort(self,arr):
        '''
            冒泡排序
        '''
        self.init_vmobj(arr)
        for i in range(1, len(arr)):
            for j in range(0, len(arr)-i):
                self.play(Indicate(self.vmArr[j]))
                self.play(Indicate(self.vmArr[j+1],color=RED))
                if arr[j] > arr[j+1]:
                    arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]
                    self.cyc_move(self.vmArr[j],self.vmArr[j+1])
                    self.vmArr[j],self.vmArr[j+1] = self.vmArr[j+1],self.vmArr[j]
        return arr
    def cyc_move(self,vm1,vm2):
        '''
            交换两个元素位置
        '''
        vm1.generate_target()
        vm1.target.next_to(vm2,ORIGIN,aligned_edge=DOWN)
        vm2.generate_target()
        vm2.target.next_to(vm1,ORIGIN,aligned_edge=DOWN)
        self.play(MoveToTarget(vm1),MoveToTarget(vm2))
        self.wait()

python manim实现排序算法动画示例

以上就是python manim实现排序算法动画示例的详细内容

本文不介绍 manim 的安装教程,需要安装教程的请参考:docs.manim.org.cn/getting_sta

更多关于python manim排序算法动画的资料请关注三水点靠木其它相关文章!

Python 相关文章推荐
Python实现Tab自动补全和历史命令管理的方法
Mar 12 Python
Python3实现的字典、列表和json对象互转功能示例
May 22 Python
python查找指定文件夹下所有文件并按修改时间倒序排列的方法
Oct 21 Python
Python实现的多进程拷贝文件并显示百分比功能示例
Apr 09 Python
Python如何实现动态数组
Nov 02 Python
python的等深分箱实例
Nov 22 Python
Python箱型图处理离群点的例子
Dec 09 Python
python3 requests库实现多图片爬取教程
Dec 18 Python
Python中sys模块功能与用法实例详解
Feb 26 Python
Django serializer优化类视图的实现示例
Jul 16 Python
Python如何获取文件路径/目录
Sep 22 Python
5个pandas调用函数的方法让数据处理更加灵活自如
Apr 24 Python
Python 操作pdf pdfplumber读取PDF写入Exce
Aug 14 #Python
Python使用plt.boxplot()函数绘制箱图、常用方法以及含义详解
Aug 14 #Python
基于Python实现nc批量转tif格式
Aug 14 #Python
LyScript实现绕过反调试保护的示例详解
Aug 14 #Python
LeetCode189轮转数组python示例
Aug 05 #Python
python语言中pandas字符串分割str.split()函数
Aug 05 #Python
python绘制云雨图raincloud plot
Aug 05 #Python
You might like
基于mysql的bbs设计(一)
2006/10/09 PHP
PHP使用strstr()函数获取指定字符串后所有字符的方法
2016/01/07 PHP
PDO::commit讲解
2019/01/27 PHP
PHP错误提示It is not safe to rely on the system……的解决方法
2019/03/25 PHP
PHP Swoole异步Redis客户端实现方法示例
2019/10/24 PHP
firebug的一个有趣现象介绍
2011/11/30 Javascript
自己做的模拟模态对话框实现代码
2012/05/23 Javascript
seajs1.3.0源码解析之module依赖有序加载
2012/11/07 Javascript
javascript 判断字符串是否包含某字符串及indexOf使用示例
2013/10/18 Javascript
js输出阴历、阳历、年份、月份、周示例代码
2014/01/29 Javascript
jQuery遍历之next()、nextAll()方法使用实例
2014/11/08 Javascript
Node.js操作mysql数据库增删改查
2016/03/30 Javascript
谈一谈JS消息机制和事件机制的理解
2016/04/14 Javascript
AngularJS之自定义服务详解(factory、service、provider)
2017/04/14 Javascript
JavaScript制作简单的框选图表
2017/05/15 Javascript
Vuejs 单文件组件实例详解
2018/02/09 Javascript
详解微信小程序回到顶部的两种方式
2019/05/09 Javascript
从0到1学习JavaScript编写贪吃蛇游戏
2020/07/28 Javascript
vue实现轮播图帧率播放
2021/01/26 Vue.js
用Python写冒泡排序代码
2016/04/12 Python
基于Python_脚本CGI、特点、应用、开发环境(详解)
2017/05/23 Python
python实现随机森林random forest的原理及方法
2017/12/21 Python
python中abs&map&reduce简介
2018/02/20 Python
python求最大值最小值方法总结
2019/06/25 Python
Django中间件基础用法详解
2019/07/18 Python
解决matplotlib.pyplot在Jupyter notebook中不显示图像问题
2020/04/22 Python
css3学习之2D转换功能详解
2016/12/23 HTML / CSS
万豪国际住宅与别墅集团:Homes & Villas by Marriott International
2020/10/08 全球购物
Hashtable 添加内容的方式有哪几种,有什么区别?
2012/04/08 面试题
经典大学生求职信范文
2014/01/06 职场文书
团组织关系介绍信
2014/01/12 职场文书
学生周末回家住宿长期请假条
2014/02/15 职场文书
党支部特色活动方案
2014/08/20 职场文书
2014乡党委副书记党建工作汇报材料
2014/11/02 职场文书
优秀教研组申报材料
2014/12/26 职场文书
毕业生的自我鉴定表范文
2019/05/16 职场文书