Python實現病毒模擬器的方法示例(附demo)
阿新 • • 發佈：2020-02-20
最近新冠在神州大陸橫行，全國上下一心抗擊疫情。作為一枚程式設計師，我也希望可以為抗擊疫情做出自己的貢獻，鍾院士一直勸說大家不要出門，減少人口間的流動。對此，我特意做了一個病毒模擬器，探詢冠狀病毒傳播。
1. 模擬效果
模擬開始，一開始只有5個發病者，傳播率為0.8，潛伏期為14天
由於人口的流動，以及醫院床位的隔離，一開始病毒擴撒不是很速度
隨著醫院床位滿了，隔離失敗，加上人口的流動，病患數開始幾何式的增加
2. 什麼是模擬器
模擬器（emulator）以某一系統復現另一系統的功能。與計算機模擬系統（Computer Simulation）的區別在於，模擬器致力於模仿系統的外在表現、行為，而不是模擬系統的抽象模型。
3. python如何實現模擬器
現在來談談模擬器實現的原理。模擬器使用Python和PyQt5實現。PyQt5是封裝了Qt library的跨平臺GUI開發庫，基於Python語言。
這裡主要涉及到模擬器效果繪製，以及如何模擬多個引數。先來說一下繪製市民的狀態。繪製的工作通過drawing.py檔案的Drawing類來完成。該類是QWidget的子類，這也就意味著Drawing類本身是PyQt5的一個元件。與按鈕、標籤類似。只是並不需要往Drawing上放置任何子元件。只要在Drawing上繪製各種圖形即可。
在PyQt5中，任何一個QWidget的子類，都可以實現一個paintEvent方法，當元件每次重新整理時，就會呼叫paintEvent方法重新繪製元件的內容。Drawing類中paintEvent方法的程式碼如下：
# 每次Drawing重新整理，都會呼叫該方法
def paintEvent(self,event):
qp = QPainter()
qp.begin(self)
self.drawing(qp) # 繪製城市的各種狀態的市民
qp.end()
在繪製圖像前，需要建立QPainter物件，然後呼叫QPainter物件的begin方法，結束繪製後，需要呼叫QPainter物件的end方法。上面程式碼中的drawing方法用於完成具體的繪製工作。
模擬器設定一個人員池，來進行人員的流動性
class Persons(metaclass=Singleton):
def __init__(self):
self.persons = [] # 儲存所有的人員
self.latency_persons = [] # 儲存處於潛伏期的人員
city = City(Params.city_center_x,Params.city_center_y)
for value in range(0,Params.city_person_count):
x = Params.person_position_scale * next_gaussian() + city.center_x
y = Params.person_position_scale * next_gaussian() + city.center_y
if x > Params.city_width:
x = Params.city_width
if y > Params.city_height:
y = Params.city_height
self.persons.append(Person(city,x,y))
# 獲取特定人群的數量
def get_person_size(self,state):
if state == -1:
return len(self.persons)
count = 0
for person in self.persons:
if person.state == state:
count += 1
return count模擬程式碼
from PyQt5.QtWidgets import *
from socket import *
class Transmission:
def __init__(self,ui):
self.ui = ui
self.host = 'localhost'
self.port = 5678
self.addr = (self.host,self.port)
def send_command(self,command,value=None):
tcp_client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client_socket.connect(self.addr)
if value == None:
value = 0
data = command + ':' + str(value)
tcp_client_socket.send(('%s\r\n' % data).encode(encoding='utf-8'))
data = tcp_client_socket.recv(1024)
result = data.decode('utf-8').strip()
tcp_client_socket.close()
return result
def setup(self):
self.ui.horizontalSliderBedCount.valueChanged.connect(self.bed_count_value_change)
self.ui.pushButtonUpdateBedCount.clicked.connect(self.update_bed_count)
self.ui.horizontalSliderFlowIntention.valueChanged.connect(self.flow_intention_value_change)
self.ui.pushButtonFlowIntention.clicked.connect(self.update_flow_intention)
self.ui.horizontalSliderBroadRate.valueChanged.connect(self.broad_rate_value_change)
self.ui.pushButtonBroadRate.clicked.connect(self.update_broad_rate)
self.ui.horizontalSliderLatency.valueChanged.connect(self.latency_value_change)
self.ui.pushButtonLatency.clicked.connect(self.update_latency)
self.ui.pushButtonClose.clicked.connect(self.close_virus_simulation)
def bed_count_value_change(self):
self.ui.labelBedIncrement.setText(
f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#0000ff;\">{self.ui.horizontalSliderBedCount.value()}</span></p></body></html>')
def update_bed_count(self):
print(self.ui.horizontalSliderBedCount.value())
result = self.send_command('add_bed_count',self.ui.horizontalSliderBedCount.value())
if result == 'ok':
QMessageBox.information(self.ui.centralwidget,'訊息',f'成功添加了{self.ui.horizontalSliderBedCount.value()}張床位',QMessageBox.Ok)
def flow_intention_value_change(self):
self.ui.labelFlowIntention.setText(
f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#fc02ff;\">{self.ui.horizontalSliderFlowIntention.value() / 100}</span></p></body></html>')
def update_flow_intention(self):
result = self.send_command('set_flow_intention',self.ui.horizontalSliderFlowIntention.value())
if result == 'ok':
QMessageBox.information(self.ui.centralwidget,f'成功設定流動意向為{self.ui.horizontalSliderFlowIntention.value() / 100}',QMessageBox.Ok)
def broad_rate_value_change(self):
self.ui.labelBroadRate.setText(
f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#fc0107;\">{self.ui.horizontalSliderBroadRate.value() / 100}</span></p></body></html>')
def update_broad_rate(self):
result = self.send_command('set_broad_rate',self.ui.horizontalSliderBroadRate.value())
if result == 'ok':
QMessageBox.information(self.ui.centralwidget,f'成功設定傳播率為{self.ui.horizontalSliderBroadRate.value() / 100}',QMessageBox.Ok)
def latency_value_change(self):
self.ui.labelLatency.setText(
f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#ffff0a;\">{self.ui.horizontalSliderLatency.value()}</span></p></body></html>')
def update_latency(self):
result = self.send_command('set_latency',self.ui.horizontalSliderLatency.value())
if result == 'ok':
QMessageBox.information(self.ui.centralwidget,f'成功設定傳播率為{self.ui.horizontalSliderLatency.value()}',QMessageBox.Ok)
def close_virus_simulation(self):
reply = QMessageBox.information(self.ui.centralwidget,"請問","是否真的要關閉病毒擴散模擬器？",QMessageBox.Yes | QMessageBox.No,QMessageBox.No)
if reply == QMessageBox.Yes:
result = self.send_command('close')
if result == 'ok':
QMessageBox.information(self.ui.centralwidget,'已經成功關閉病毒擴散模擬器',QMessageBox.Ok)
設定變數
class Params: success = False # 初始感染人數 original_infected_count = 50 # 病毒傳播率 broad_rate = 0.8 # 病毒潛伏期，14天 virus_latency = 140 # 醫院收治響應時間 hospital_receive_time = 10 # 醫院床位 hospital_bed_count = 100 # 安全距離 safe_distance = 2 # 平均流動意向[-3,3] 值越大，流動意向越強 average_flow_intention = 3 # 城市總人口數量 city_person_count = 5000 # 病死率 fatality_rate = 0.02 # 死亡時間 dead_time = 30 # 死亡時間方差 dead_variance = 30 # 城市寬度 city_width = 1100 # 城市高度 city_height = 800 # 醫院寬度（需要計算獲得） hospial_width = 0 # 城市中心x座標 city_center_x = 550 # 城市中心y座標 city_center_y = 400 # 用於計算城市中每個人隨機位置的scale（用於正態分佈） person_position_scale = 200 current_time = 1 # 當前時間
我們可以根據這些修改模擬頁面
完整程式碼
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