Python matplotlib 實現隨機漫步
阿新 • • 發佈:2018-11-30
隨機漫步(Random walk)是一種數學統計模型,它由一連串軌跡所組成。其中每一次都是隨機的,它能用來表示不規則的變動形式。氣體或液體中分子活動的軌跡等可作為隨機漫步的模型
執行環境
windows 10
python v3.7
pip install matplotlib
分析
為模擬隨機漫步,我們建立一個 RandomWalk 的類,它隨機的選擇前進方向,這個類需要三個屬性,其中一個是儲存隨機漫步次數的變數,其他兩個是列表,分別儲存隨機漫步經過的每個點的 x 和 y 座標。使用 fill_walk() 來生成漫步包含的點,並決定每次漫步的方向。把相關資料儲存好後,再利用 python 的強大的庫 matplotlib 把資料繪製成圖表。
1. RondomWalk.py
#!/usr/bin/python3 # -*- coding: utf-8 -*- from random import choice class RandomWalk(): """ 一個生成隨機漫步資料的類 """ def __init__(self, num_points=5000): """ 初始化隨機漫步的屬性 """ self.num_points = num_points # 所有隨機漫步都始於(0,0) self.x_values = [0] self.y_values = [0] def fill_walk(self): """ 計算隨機漫步包含的所有點 """ # 不斷漫步,直到列表達到指定的長度 while len(self.x_values) < self.num_points: # 決定前進方向以及沿這個方向前進的距離 x_direction = choice([1, -1]) x_distance = choice([0, 1, 2, 3]) x_step = x_direction * x_distance y_direction = choice([1, -1]) y_distance = choice([0, 1, 2, 3]) y_step = y_direction * y_distance # 拒絕原地踏步 if x_step == 0 and y_step == 0: continue # 計算下一個點的 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)
2. RW_Visual.py
#!/usr/bin/python3 # -*- coding: utf-8 -*- import matplotlib.pyplot as plt from RandomWalk import RandomWalk # 只要程式處於活動狀態,就不斷地模擬隨機漫步 while True: # 建立一個RandomWalk例項,並將其包含的點都繪製出來 rw = RandomWalk(5000) rw.fill_walk() # 設定繪圖視窗的尺寸 plt.figure(dpi=128, figsize=(10, 6)) # 繪製點並將圖形顯示出來 point_numbers = list(range(rw.num_points)) # plt.scatter(rw.x_values, rw.y_values, s=15) plt.scatter(rw.x_values, rw.y_values, c=point_numbers, cmap=plt.cm.Greens, edgecolors='none', s=15) # 突出起點和終點 plt.scatter(0, 0, c='green', edgecolors='none', s=100) plt.scatter(rw.x_values[-1], rw.y_values[-1], c='red', edgecolors='none', s=100) # # 隱藏座標軸 # plt.axes().get_xaxis().set_visible(False) # plt.axes().get_yaxis().set_visible(False) plt.show() keep_running = input("Make another walk? (y/n):") if keep_running == "n": break
3. 執行結果: