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Python超詳細分步解析隨機漫步

2022-03-17 13:00:24

建立RandomWalk類

為模擬隨機漫步,我們將建立一個RandomWalk類,隨機選擇前進方向,這個類有三個屬性,一個儲存隨機漫步的次數,另外兩個儲存隨機漫步的每個點的x,y座標,每次漫步都從點(0,0)出發

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]

選擇方向

我們將使用fill_walk()來生成隨機漫步包含的點,並決定每次漫步的方向。並將其新增到random_walk.py中 改正程式碼如下:

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,知道列表到達指定的長度
        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, 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

            # 拒絕原地漫步
            if x_step == 0 and y_step == 0:
                continue

            # 計算下一個點的x,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)

繪製隨機漫步圖

下面的程式碼將隨機漫步的所有點都繪製出來,將檔案命名為rw_visual.py

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk
# 建立一個RandomWalk範例,並將其包含的點都繪製出來
rw = RandomWalk()
rw.fill_walk()
plt.scatter(rw.x_values, rw.y_values, s=10)
plt.show()

模擬多次隨機漫步

每次隨機漫步都不同,因此每次生成的各種模式也很有趣,要在不多次執行程式的情況下,進行隨機漫步,可以把程式碼放入一個while迴圈中,每次關閉matplotlib檢視器,系統會詢問你是否再次模擬隨機漫步(輸入y將再次進行隨機漫步,輸入n將結束程式) 改程序式碼如下:

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

# 只要程式處於活動狀態,就不斷模擬隨機漫步
while True:
    # 建立一個RandomWalk範例,並將其包含的點都繪製出來
    rw = RandomWalk()
    rw.fill_walk()
    plt.scatter(rw.x_values, rw.y_values, s=10)
    plt.show()

    keep_running = input("make another walk? (y/n):")
    if keep_running.upper() == 'N':
        break

每次隨機漫步都不同,就如人的一生每走一步都會有不同的經歷


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