1.3 編程知識(shí)點(diǎn)

（1）turtle庫(kù)

turtle庫(kù)是Python入門(mén)級(jí)的圖形繪制函數(shù)庫(kù)，是Python自帶的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)之一。使用turtle庫(kù)繪圖，可以想象有一只海龜在畫(huà)布上移動(dòng)，默認(rèn)初始位置在畫(huà)布的正中心，海龜走過(guò)的軌跡就形成了繪制的圖形。移動(dòng)的海龜由程序控制，可以變換顏色、寬度、大小、位置、方向等。

用import調(diào)用turtle庫(kù)可以有三種形式：

第一種直接用“import+turtle”導(dǎo)入turtle庫(kù)，如圖1-3所示。后續(xù)使用turtle庫(kù)時(shí)，需要使用turtle庫(kù)名。如果回車(chē)以后沒(méi)有錯(cuò)誤提示，則表示導(dǎo)入庫(kù)成功。

第二種用“import+turtle+as+別名”導(dǎo)入turtle庫(kù)，如圖1-4所示，在后續(xù)使用turtle庫(kù)時(shí)，可以直接用別名代替。如果回車(chē)以后沒(méi)有錯(cuò)誤提示，則表示導(dǎo)入庫(kù)成功。

第三種用“from+庫(kù)名+import*”導(dǎo)入turtle庫(kù)，from import方式導(dǎo)入turtle庫(kù)如圖1-5所示，后續(xù)使用這個(gè)庫(kù)里的函數(shù)或方法時(shí)，不需要再說(shuō)明庫(kù)名稱(chēng)。如果回車(chē)以后沒(méi)有錯(cuò)誤提示，表示導(dǎo)入庫(kù)成功。

（2）畫(huà)布的坐標(biāo)系

turtle庫(kù)畫(huà)圖的平面被稱(chēng)為畫(huà)布（canvas），原點(diǎn)（0，0）在畫(huà)布的正中央，即1/2畫(huà)布高、1/2畫(huà)布寬的位置。以畫(huà)布中央的點(diǎn)為原點(diǎn)（0，0），建立一個(gè)橫軸為x軸、縱軸為y軸的坐標(biāo)系，小海龜畫(huà)筆在畫(huà)布上移動(dòng)的位置，就可以在這個(gè)直角坐標(biāo)系中確定下來(lái)，如圖1-6所示。

在畫(huà)布中，坐標(biāo)（x，y）的單位是像素。這個(gè)單位與液晶顯示屏的尺寸及分辨率有關(guān)。屏幕越大，分辨率越小，像素代表的實(shí)際尺寸越大。

在畫(huà)布中，點(diǎn)（20，-30）的位置在畫(huà)布的右下角，即第4象限，距離y軸20像素，距離x軸30像素。

（3）移動(dòng)畫(huà)筆函數(shù)goto（）

畫(huà)筆的默認(rèn)位置在畫(huà)布中央。在turtle畫(huà)布中，使用函數(shù)goto（）可以移動(dòng)畫(huà)筆到指定位置。

移動(dòng)畫(huà)筆位置的程序代碼如圖1-7所示，導(dǎo)入turtle庫(kù)，別名為pic，分別按順序調(diào)用了4次turtle庫(kù)中的函數(shù)goto（）。最初，畫(huà)筆在原點(diǎn)（0，0）的位置上，使用函數(shù)goto（100，100）將畫(huà)筆從原點(diǎn)移動(dòng)到了第1象限的（100，100）位置上；然后使用函數(shù)goto（-100，50）將畫(huà)筆移動(dòng)到了第2象限的（-100，50）位置上，再使用函數(shù)goto（-50，-50）將畫(huà)筆移動(dòng)到了第3象限的（-50，-50）位置，最后使用函數(shù)goto（50，-100）將畫(huà)筆移動(dòng)到了第4象限的（50，-100）位置。程序運(yùn)行結(jié)果為如圖1-8所示的畫(huà)筆運(yùn)行軌跡（黑色部分）。

（4）畫(huà)點(diǎn)函數(shù)dot（）

在turtle庫(kù)中，用來(lái)畫(huà)點(diǎn)的函數(shù)為dot（）。點(diǎn)最重要的屬性就是位置，這和幾何里點(diǎn)的屬性一樣。在幾何里，點(diǎn)沒(méi)有大小和顏色；但使用turtle庫(kù)的畫(huà)點(diǎn)函數(shù)時(shí)，點(diǎn)是可以指定大小和顏色的。格式為：

如dot（5，“green”）就是畫(huà)一個(gè)直徑為5的綠點(diǎn)。直接用dot（），不指定任何參數(shù)時(shí)，點(diǎn)的直徑的默認(rèn)大小是max（畫(huà)筆寬度+4，2×畫(huà)筆寬度），顏色是黑色。

畫(huà)4個(gè)點(diǎn)的程序代碼如圖1-9所示。導(dǎo)入turtle庫(kù)，別名為pic，分別按順序調(diào)用4次turtle庫(kù)中的函數(shù)dot（）。這里沒(méi)有使用函數(shù)goto（）移動(dòng)畫(huà)筆的位置，所以畫(huà)筆一直在原點(diǎn)（0，0）處。

dot（100，“orange”）以原點(diǎn)為中心，畫(huà)一個(gè)直徑為100像素的橙色的點(diǎn)；dot（50，“red”）以原點(diǎn)為中心，畫(huà)一個(gè)直徑為50像素的紅色的點(diǎn)；dot（10，“purple”）以原點(diǎn)為中心，畫(huà)一個(gè)直徑為10像素的紫色的點(diǎn)；pic.dot（）以原點(diǎn)為中心，畫(huà)一個(gè)默認(rèn)大小的黑點(diǎn)。運(yùn)行這段程序，得到的圖形如圖1-10所示。

（5）抬筆函數(shù)penup（）和落筆函數(shù)pendown（）

在（0，0）、（50，0）、（100，0）處分別畫(huà)三個(gè)點(diǎn)，代碼如圖1-11所示。畫(huà)筆的初始位置在（0，0）處，調(diào)用函數(shù)dot（）畫(huà)一個(gè)默認(rèn)大小的黑點(diǎn)；然后使用函數(shù)goto（50，0）將畫(huà)筆挪到第二個(gè)點(diǎn)的位置，畫(huà)同樣的點(diǎn)；最后使用函數(shù)goto（100，0）將畫(huà)筆挪到第三個(gè)點(diǎn)的位置，畫(huà)一個(gè)同樣的點(diǎn)。

程序運(yùn)行結(jié)果如圖1-12所示。

如果我們只想畫(huà)三個(gè)點(diǎn)，不想呈現(xiàn)畫(huà)筆移動(dòng)的軌跡，該怎么辦呢？畫(huà)點(diǎn)的時(shí)候，使用落筆函數(shù)pendown（），移動(dòng)畫(huà)筆的時(shí)候使用抬筆函數(shù)penup（），程序代碼如圖1-13所示。在原點(diǎn)畫(huà)一個(gè)點(diǎn)后，使用函數(shù)penup（）抬筆，將畫(huà)筆移動(dòng)到（50，0）位置上，此時(shí)由于畫(huà)筆處于“抬起”的狀態(tài)，畫(huà)筆并不留下移動(dòng)痕跡。在位置（50，0）畫(huà)第2個(gè)點(diǎn)之前，使用函數(shù)pendown（）落筆。畫(huà)第3個(gè)點(diǎn)也如此操作。程序運(yùn)行結(jié)果如圖1-14所示。

（6）for循環(huán)

在上面畫(huà)3個(gè)點(diǎn)的示例中，調(diào)用函數(shù)dot（）三次，調(diào)用函數(shù)goto（）、落筆函數(shù)pendown（）、抬筆函數(shù)penup（）各兩次。如果畫(huà)很多點(diǎn)，就要重復(fù)很多次上面的代碼，非常煩瑣。對(duì)于這種有規(guī)律可循的動(dòng)作，用循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)可以大大簡(jiǎn)化編程復(fù)雜度。

比如，在畫(huà)三個(gè)點(diǎn)的程序中，使用for循環(huán)來(lái)簡(jiǎn)化代碼，如圖1-15所示。需要畫(huà)的點(diǎn)數(shù)越多，代碼的簡(jiǎn)化量越大。

在for循環(huán)中，執(zhí)行的動(dòng)作包括抬筆penup（）、移動(dòng)畫(huà)筆goto（）、落筆pendown（）、畫(huà)點(diǎn)dot（）4個(gè)動(dòng)作。雖然在圖1-15的左圖中，由于在原點(diǎn)處畫(huà)第1個(gè)點(diǎn)，沒(méi)有抬筆、移動(dòng)畫(huà)筆、落筆的動(dòng)作，但為了實(shí)現(xiàn)循環(huán)，在畫(huà)筆初始位置畫(huà)點(diǎn)時(shí)同樣加上抬筆、移動(dòng)到原點(diǎn)、落筆的動(dòng)作。

在函數(shù)range（3）中確定了for循環(huán)的次數(shù)。range（3）相當(dāng)于0，1，2三個(gè)數(shù)，i依次從這三個(gè)數(shù)中取值。變量x是為了依次生成3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。這3個(gè)點(diǎn)在x軸上，間距是50像素。

（7）隨機(jī)數(shù)

在Python中產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)需要調(diào)用random庫(kù)。randint（）函數(shù)用于隨機(jī)生成一個(gè)指定范圍內(nèi)的整數(shù)。如randint（a，b）生成[a，b]之間包括a和b的整數(shù)，其中a≤b。

默認(rèn)畫(huà)布的長(zhǎng)為400像素，高為300像素。為了在畫(huà)布上生成一個(gè)點(diǎn)的隨機(jī)位置，可以使用函數(shù)randint（）生成坐標(biāo)和直徑。x可以在[-200，200]中隨機(jī)選取，y可以在[-150，150]中隨機(jī)選取。點(diǎn)的直徑d可以在[1，50]中隨機(jī)選取。

randint（-200，200）、randint（-150，150）、randint（1，50）生成的數(shù)如圖1-16所示。每次運(yùn)行這些函數(shù)時(shí)，生成的整數(shù)是不一樣的。