Python如何实现随机漫步

2023-07-05 10:14

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本文小编为大家详细介绍“Python如何实现随机漫步”，内容详细，步骤清晰，细节处理妥当，希望这篇“Python如何实现随机漫步”文章能帮助大家解决疑惑，下面跟着小编的思路慢慢深入，一起来学习新知识吧。

1. 创建 RandomWalk 类

为模拟随机漫步，首先创建一个名为 RandomWalk 的类，其作用是 随机的选择前进方向。这个类需要三个属性：一个是 存储随机漫步次数的变量，其他两个是列表，分别存储随机漫步经过的每个点的 x 坐标 和 y 坐标。

RandomWalk 类只包含两个方法：

方法 __init__ () ，初始化属性
方法 fill_walk () ，计算随机漫步经过的所有点

from random import choice class RandomWalk:    '''一个生成随机漫步数据的类'''     def __init__(self, num_points = 500):        '''初始化随机漫步的属性'''         self.num_points = num_points         # 所有随机漫步都使于(0,0)        self.x_values = [0]        self.y_values = [0]

为做出随机决策，将所有可能的选择都存储在一个列表中，并在每次决策时，都使用模块 random 中的 choice () 来决定使用哪种选择。
将随机漫步包含的默认点数设置为 5000，这个数大到足以生成有趣的模式，又小到可确保能够快速地模拟随机漫步。
创建两个用于存储 x 值和 y 值的列表，并让每次漫步都从点（0,0）出发。

2. 选择方向

我们将使用方法 fill_walk() 来生成漫步包含的点，并决定每次漫步的方向。

import random def fill_walk(self):    '''计算随机漫步包含的所有点'''     # 不断漫步，直到列表达到指定的长度    while len(self.x_values) < self.num_points:         # 决定前进方向以及沿这个方向前进的距离        x_direction = random.choice([1,-1])        x_distance = random.choice([0,1,2,3,4])        x_step = x_direction * x_distance         y_direction = random.choice([1,-1])        y_distance = random.choice([0,1,2,3,4])        y_step = y_direction * y_distance         # 拒绝原地踏步        if x_step == 0 and y_step == 0:            continue         # 计算下一个点的 x 值和 y 的值        x = self.x_values[-1] + x_step        y = self.y_values[-1] + y_step         self.x_values.append(x)        self.y_values.append(y)

先建立一个循环，它不断运行，直到漫步包含所需的点数。方法 fill_walk（）的主要部分告诉 Python 如何模拟四种漫步决定：向右走还是向左走？沿指定的方向走多远？向上走还是向下走？沿指定的方向走多远？
使用 choice([-1,-1]) 给 x_direction 选择一个值，结果要么是表示向右走的 1，要么是表示向左走的 -1。接下来，choice([0，1，2，3，4]) 随机的选择一个 0~4 的整数，告诉 Python 沿指定方向走多远（x_distance）。通过包含 0 ，不仅能够同时沿两个轴移动，还能够只沿一个轴移动。
将移动方向乘以移动距离，确定沿 x 轴和 y 轴移动的距离。如果 x_step 为正将向右移动，为负将向左移动，为零将垂直移动；如果 y_step 为正将向上移动，为负将向下移动，为零将水平移动。如果 x_step 和 y_step 都为零，则意味着原地踏步。我们拒绝这样的情况，接着执行下一次循环。
为获取漫步中下一个点的 x 的值，将 x_step 和 x_values 中的最后一个值相加，对 y 值也做相同的处理。获得下一个点的 x 值和 y 值后，将它们分别附件到列表 x_values 和 y_values 的末尾。

3. 绘制随机漫步图

下面的代码将随机漫步的所有点都绘制出来：

from random import choiceimport matplotlib.pyplot as plt class RandomWalk:    '''一个生成随机漫步数据的类'''     def __init__(self, num_points = 5000):        '''初始化随机漫步的属性'''         self.num_points = num_points         # 所有随机漫步都使于(0,0)        self.x_values = [0]        self.y_values = [0]     def fill_walk(self):        '''计算随机漫步包含所有的点'''         # 不断漫步，直到列表达到指定的长度        while len(self.x_values) < self.num_points:             # 决定前进的方向以及沿着这个方向前进的距离            x_direction = choice([1,-1])            x_distance = choice([0,1,2,3,4])            x_step = x_direction * x_distance             y_direction = choice([1,-1])            y_distance = choice([0,1,2,3,4])            y_step = y_direction * y_distance             # 拒绝原地踏步            if x_step == 0 and y_step == 0:                continue             # 计算下一个点的 x 值和 y 值            x = self.x_values[-1] + x_step            y = self.y_values[-1] + y_step             self.x_values.append(x)            self.y_values.append(y) # 创建一个 RandomWalk 实例random_wander = RandomWalk()random_wander.fill_walk() # 将所有的点都绘制出来plt.style.use('classic')(fig,ax) = plt.subplots()ax.scatter(random_wander.x_values, random_wander.y_values, s = 15)plt.show()

Python如何实现随机漫步