python实现随机漫步

1、随机漫步
随机漫步：每次行走都完全是随机的，没有明确的方向，结果是由一系列随机决策决定的。可以认为是：蚂蚁在晕头转向的情况下，每次都沿随机的方向前行所经过的路径。
1.1 创建RandomWalk()类

from random import choice   #每次做决策时都使用choice()来决定使用哪种选择

class RandomWalk():
    '''一个生成随机漫步数据的类'''
    def __init__(self,num_points=5000): #设置默认点数为5000
        self.num_points=num_points

        #所有随机漫步都始于（0，0）
        self.x_values=[0]
        self.y_values=[0]

1.2 选择方向

def fill_walk(self):
        '''计算随机漫步包含的所有店'''

        #不断漫步，直到列表达到指定的长度
        while len(self.x_values)<self.num_points:   #模拟四种漫步决定：向左还是向右走？沿指定的方向走多远？向上还是向下走？沿选定的方向走多远？

            #决定前进方向以及沿这个方向前进的距离
            x_values=choice([1,-1]) #要么向右走1，要么向左走的-1
            x_distance=choice([0,1,2,3,4])  #随机地选择一个0~4之间的整数，沿指定方向走多远
            x_step=x_direction*x_distance   #移动方向乘以移动距离，以确定沿x和y轴移动的距离。x_step为正，将向右移动，为负向左，为零将垂直移动

            y_direction=choice([1,-11])
            y_distance=choice([0,1,2,3,4])
            y_step=y_direction*y_distance   #y_step为正向上，为负向下，为零水平移动。

            #拒绝原地踏步
            if x_step==0 and y_step==0:
                continue

            #计算下一个点的x和y值
            next_x=self.x_values[-1]+x_step
            next_y=self.y_values[-1]+y_step

            self.x_values.append(next_x)
            self.y_values.append(next_y)

1.3 绘制随机漫步图

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import Random_walk

#创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
rw=Random_walk()
rw.fill_walk()
plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,s=15)
plt.show()

输出：

image.png

1.4 模拟多次随机漫步

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断地模拟随机漫步
while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw=RandomWalk()
    rw.fill_walk()
    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,s=15)
    plt.show()

    keeping_running=input("Make another walk?(y/n): ")
    if keeping_running=='n':
        break

1.5 给点着色

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断地模拟随机漫步
while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw=RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    point_number=list(range(rw.num_points)) #，随机生成一个数字列表，包含各点的先后顺序
    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_number,cmap=plt.cm.Blues,edgecolor='none',s=15) #根据漫步中各点的先后顺序进行着色
    plt.show()

    keeping_running=input("Make another walk?(y/n): ")
    if keeping_running=='n':
        break

输出：

image.png

1.6 重新绘制起点和终点

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断地模拟随机漫步
while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw=RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    point_number=list(range(rw.num_points)) #，随机生成一个数字列表，包含各点的先后顺序
    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_number,cmap=plt.cm.Blues,edgecolor='none',s=15) #根据漫步中各点的先后顺序进行着色

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)
    
    plt.show()

    keeping_running=input("Make another walk?(y/n): ")
    if keeping_running=='n':
        break

输出：

image.png

1.7 隐藏坐标轴

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断地模拟随机漫步
while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw=RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    point_number=list(range(rw.num_points)) #，随机生成一个数字列表，包含各点的先后顺序
    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_number,cmap=plt.cm.Blues,edgecolor='none',s=15) #根据漫步中各点的先后顺序进行着色

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    #隐藏坐标轴
    plt.axes().get_xaxis().set_visible(False)
    plt.axes().get_yaxis().set_visible(False)

    plt.show()

    keeping_running=input("Make another walk?(y/n): ")
    if keeping_running=='n':
        break

输出：

image.png

1.8 增加点数

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断地模拟随机漫步
while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw=RandomWalk(50000)
    rw.fill_walk()

    #绘制点并将图形显示出来
    point_number=list(range(rw.num_points)) #，随机生成一个数字列表，包含各点的先后顺序
    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_number,cmap=plt.cm.Blues,edgecolor='none',s=1)  #根据漫步中各点的先后顺序进行着色

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    #隐藏坐标轴
    plt.axes().get_xaxis().set_visible(False)
    plt.axes().get_yaxis().set_visible(False)

    plt.show()

    keeping_running=input("Make another walk?(y/n): ")
    if keeping_running=='n':
        break

输出：

image.png

1.9 调整尺寸以适应屏幕

    #设置绘图窗口的尺寸
    plt.figure(figsize=(10,6))  #figure()用于指定图表的宽度、高度、分辨率和背景色。需要给figsize指定一个元组，指出绘图窗口的尺寸

输出：

image.png