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用Python标准GUI库Tkinter绘制分形图_python分形绘图

python分形绘图

用Python标准GUI库Tkinter绘制分形图

分形图是一种通过迭代规则生成自相似图案的艺术形式。

分形图包括曼德勃罗集、科赫曲线、谢尔宾斯基三角等代码等。

Tkinter是Python的标准GUI库,可以用于创建窗口、控件和其他图形界面元素。绘制分形图像,如曼德勃罗集或科赫曲线,通常需要利用递归和迭代的数学原理。需要注意的是,绘制分形图可能需要一些时间,尤其是当分形的迭代等级变高时。

下面使用Python的标准GUI库Tkinter实现曼德勃罗集、科赫曲线、谢尔宾斯基三角。

一、曼德勃罗集

先给出效果图

源码如下:

  1. import tkinter as tk
  2. # 设置画布大小和坐标范围
  3. width, height = 400, 400
  4. x_min, x_max = -2.0, 1.0
  5. y_min, y_max = -1.5, 1.5
  6. # 定义颜色映射函数
  7. def color_map(n, max_iter):
  8. r, g, b = 0, 0, 0
  9. if n < max_iter:
  10. r = int((n / max_iter) * 255)
  11. g = int((n / max_iter) * 255)
  12. b = int((n / max_iter) * 255)
  13. return "#{:02x}{:02x}{:02x}".format(r, g, b)
  14. # 绘制曼德勃罗集
  15. def mandelbrot(canvas):
  16. max_iter = 100 # 最大迭代次数
  17. for x in range(width):
  18. for y in range(height):
  19. zx, zy = 0, 0
  20. cx = x_min + (x / width) * (x_max - x_min)
  21. cy = y_min + (y / height) * (y_max - y_min)
  22. c = complex(cx, cy)
  23. for i in range(max_iter):
  24. if abs(zx + zy) > 2.0:
  25. break
  26. zx, zy = zx * zx - zy * zy + cx, 2.0 * zx * zy + cy
  27. # 绘制像素点并填充颜色
  28. color = color_map(i, max_iter)
  29. canvas.create_rectangle(x, y, x + 1, y + 1, fill=color, outline="")
  30. # 创建窗口和画布
  31. window = tk.Tk()
  32. canvas = tk.Canvas(window, width=width, height=height)
  33. canvas.pack()
  34. # 调用绘制函数
  35. mandelbrot(canvas)
  36. # 运行窗口主循环
  37. window.mainloop()

提示:这个分形图从运行到出图有点慢——需要一些时间。

二、科赫曲线

先给出效果图

源码如下:

  1. # 科赫曲线
  2. import tkinter as tk
  3. from math import sqrt
  4. def koch_line(canvas, p1, p2, level):
  5. if level == 0:
  6. canvas.create_line(p1, p2)
  7. else:
  8. dx = (p2[0] - p1[0]) / 3
  9. dy = (p2[1] - p1[1]) / 3
  10. p3 = (p1[0] + dx, p1[1] + dy)
  11. p5 = (p1[0] + 2*dx, p1[1] + 2*dy)
  12. x = p3[0] + (dx - dy * sqrt(3)) / 2
  13. y = p3[1] + (dx * sqrt(3) + dy) / 2
  14. p4 = (x, y)
  15. koch_line(canvas, p1, p3, level - 1)
  16. koch_line(canvas, p3, p4, level - 1)
  17. koch_line(canvas, p4, p5, level - 1)
  18. koch_line(canvas, p5, p2, level - 1)
  19. def draw_koch_snowflake():
  20. root = tk.Tk()
  21. root.title("Koch Snowflake")
  22. canvas = tk.Canvas(root, width=650, height=650, bg="white")
  23. canvas.pack()
  24. p1 = (100, 500)
  25. p2 = (500, 500)
  26. p3 = (300, 500 - (400 * sqrt(3) / 2))
  27. koch_line(canvas, p1, p2, 4)
  28. koch_line(canvas, p2, p3, 4)
  29. koch_line(canvas, p3, p1, 4)
  30. root.mainloop()
  31. draw_koch_snowflake()

三、谢尔宾斯基三角

先给出效果图

源码如下:

  1. # 谢尔宾斯基三角
  2. import tkinter as tk
  3. def sierpinski_triangle(canvas, vertices, level):
  4. x1, y1 = vertices[0]
  5. x2, y2 = vertices[1]
  6. x3, y3 = vertices[2]
  7. if level == 0:
  8. canvas.create_polygon(x1, y1, x2, y2, x3, y3, fill="black")
  9. else:
  10. x12 = (x1 + x2) / 2
  11. y12 = (y1 + y2) / 2
  12. x23 = (x2 + x3) / 2
  13. y23 = (y2 + y3) / 2
  14. x31 = (x3 + x1) / 2
  15. y31 = (y3 + y1) / 2
  16. sierpinski_triangle(canvas, [(x1, y1), (x12, y12), (x31, y31)], level - 1)
  17. sierpinski_triangle(canvas, [(x12, y12), (x2, y2), (x23, y23)], level - 1)
  18. sierpinski_triangle(canvas, [(x31, y31), (x23, y23), (x3, y3)], level - 1)
  19. root = tk.Tk()
  20. root.title("Sierpinski Triangle")
  21. canvas = tk.Canvas(root, width=600, height=520, bg="white")
  22. canvas.pack()
  23. sierpinski_triangle(canvas, [(300, 20), (20, 500), (580, 500)], 5)
  24. root.mainloop()

附录

Python 分形算法__代码里开出来的艺术之花https://zhuanlan.zhihu.com/p/489274872

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