趣玩Python之绘制基本图形

Python中的类库极其丰富,数据科学中经常会用到可视化技术。今天我们来一起学习一下Python中基本图形的绘制方法,本文我们将主要基于turtle(小乌龟)库来画图~

为了方便后面进行交互性演示,这里我建议大家安装好Anaconda,传送门是 https://www.anaconda.com/distribution/>,请根据自己电脑的操作系统(Windows/Mac/Linux)自行下载和安装,记得要选 Python3.7的版本,因为Python 2.7官方不打算维护了。

Anaconda-download

后面我们需要用到其中的一个强大工具箱 jupyter notebook

jupyter-notebook

Anaconda安装完毕之后呢,接下来,在电脑的命令行(终端)中输入如下命令:

jupyter notebook来启动notebook,这时会打开浏览器,进入网址http://localhost:8888/tree,其界面如下~

notebook-home

接下来,我们需要创建一个notebook文件,按下图操作,点Files -> New -> Python 3即可。

create-python-notebook

创建好之后,可以按下图对notebook文件重命名:

rename

画正方形

现在,我们先画一个正方形试试水~

想象一下,我们现在一个起点o,如何从这个起点o画一个正方形呢?好啦,考虑一下后发现是这样的:

  • 先水平向右画一条直线,长度比如就为100像素吧
  • 画完上一条边后,顺时针旋转90°角,再画一条等长度的边
  • 循环上一步骤几次,正方形就画出来了
  • 最后停止画笔

draw-triangle-delay

具体代码如下:

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# 画正方形
import turtle as t # 调用turtle库,并给它一个别名t
t.pensize(2) # 设置线的大小
for i in range(4): # 画四条边
    t.fd(100) # 每一次画100个像素
    t.left(90) # 画100个像素之后转动90°
t.done() # 绘图结束后停止画笔

画三角形

同理,我们现在一个起点o,如何从这个起点o画一个三角形呢?好啦,考虑一下后发现是这样的:

  • 先水平向右画一条直线,长度比如就为100像素吧
  • 画完上一条边后,逆时针旋转120°角,再画一条等长度的边
  • 接着,顺时针旋转60°角,再画一条等长度的边
  • 最后停止画笔

draw-triangle-delay

具体代码是:

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# 画三角形 
import turtle as t
import time
t.forward(100)
time.sleep(0.2)
t.left(120)
t.forward(100)
time.sleep(0.2)
t.right(60)
t.backward(100)
time.sleep(0.2)

time.sleep(0.3)
t.done()

画六边形

画六边形和正方形有点像,我们只需把之前每次画新边时旋转的90°改为60°,并把循环次数改为6即可。

six-bian-xing

具体代码是:

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# 画六边形
import turtle
turtle.pensize(2) #设置线的大小
for i in range(6): #因为有六条边,所以我们画六次
    turtle.fd(100) #前进100个像素单位
    turtle.left(60) #向左旋转60度(每一个内角的外角都为60°)
turtle.done() # 画布停留

画两个六边形的叠边图

想象一下两个六边形对称性地错位,其特点是,有九条边,小乌龟最后会回到的自己的出发点,所以角度是360°的倍数,又因为有九条边所以我们可以得出每次转角为80°。

于是,画这个叠边图与画六边形有点像,我们只需把之前每次画新边时旋转的60°改为80°,并把循环次数改为9即可。

six-bian-xing-overlap

其具体的代码为:

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# 画 两个六边形叠边图
import turtle
turtle.pensize(2)
for i in range(9):# 因为有九条边,所以我们选择画九次
    turtle.fd(150)
    turtle.left(80)# 每次转角为80°
turtle.done()

画同切圆

首先,同切圆是什么?直接给个图吧,就是这样(多个圆都切于同一条线,比如我们就用水平线):

tong-qie-yuan

怎么画一个同切圆呢?观察后发现可以这么干:

  • 先以一定长度为半径,画一个圆,画完后默认会回到原起点
  • 增大半径,再重复上一步骤
  • 重复上一步骤
  • 最后停止画笔

我们这就画有4个圆同切吧~

tong-qie-yuan-draw

具体代码为:

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# 画同切圆
import turtle
turtle.pensize(2)#以左侧30像素处为圆心绘制360°即绘制一个圆(不给出弧度值则表示默认画一个圆)
turtle.circle(30)
turtle.circle(40)
turtle.circle(50)
turtle.circle(60)
turtle.done()

画五角星

在草稿纸上画了画之后,我们会发现五角星和正方形的画法类似,旋转角度为144°,边数为5。

wu-jiao-xin

其具体代码为:

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# 画五角星

import turtle
p = turtle
p.pensize(3)
for i in range(5):
    p.forward(100)
    p.left(144)#左转144°
turtle.done()

画奥运五环

奥运五环正式版我们就不要求完全一样了,我们只需要画出如下近似的即可~

wu-huan

观察之后,我们大概可以这样做:

  • 画一个完整的圆,此时画笔回到的起点

    但我们需要将画笔搬到该点关于圆心对称的地方继续画,怎么办呢?这时我们可以使用turtle中的goto(x,y)函数,直接将画笔移动到坐标(x,y)‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‭‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‫‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‪‬‫‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‫‬‮‬‪‬‪‬‪‬‪‬‪‬‮‬‫‬‫‬

  • 从新的起点继续画完整的圆,画完后移动画笔,直到画完最开始的3个圆,并按要求为边上色

  • 用同样的方式画完最后两个圆,并按要求为边上色

    wu-huan-draw

    其具体代码为:

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    # 画奥运五环
    import turtle
    p = turtle
    p.pensize(3)
    p.color("blue")
    p.circle(30,360)
    p.pu()
    p.goto(60,0)
    p.pd()
    p.color("black")
    p.circle(30,360)
    p.pu()
    p.goto(120,0)
    p.pd()
    p.color("red")
    p.circle(30,360)
    p.pu()
    p.goto(90,-30)
    p.pd()
    p.color("green")
    p.circle(30,360)
    p.pu()
    p.goto(30,-30)
    p.pd()
    p.color("yellow")
    p.circle(30,360)
    p.done()
    

画风轮

最后呢,我们来画一个风轮,其中要求每个风轮内角为45度,风轮边长150像素。

feng-ye

结合画上一个图的经验,其实我们结合goto(x,y)函数来画4个45°的扇形即可~

feng-lun-draw

其具体的代码是:

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# 画风轮
import turtle
for i in range(4):
    turtle.fd(100)
    turtle.right(90)
    turtle.circle(-100,45)
    turtle.goto(0,0)
    turtle.left(45)
turtle.done()

总结

今天我们用 turtle 库画了很多基础的图形,都比较简单,大家可以发挥自己的想象力多画一些更好玩的。

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