创意 Python 爱心代码

在编程的世界里，Python 以其简洁易用和丰富的库而备受喜爱。用 Python 编写爱心代码，不仅能展现编程的魅力，还能传递温暖与爱意。今天就来分享几种创意 Python 爱心代码。

一、基于turtle库绘制爱心

turtle库是 Python 内置的图形库，能让我们轻松绘制各种图形，绘制爱心也不在话下。以下是代码示例：

import turtle

def draw_heart():
    turtle.fillcolor('red')
    turtle.begin_fill()
    turtle.left(140)
    turtle.forward(224)
    turtle.circle(-112, 200)
    turtle.left(120)
    turtle.circle(-112, 200)
    turtle.forward(224)
    turtle.end_fill()

turtle.speed(1)
draw_heart()
turtle.done()

代码解析

1. 导入库：import turtle 导入turtle库，为后续绘图操作做准备。
2. 设置填充颜色和开始填充：turtle.fillcolor('red') 将爱心的填充颜色设置为红色 ，turtle.begin_fill() 表示开始填充图形。
3. 绘制爱心形状：
   • turtle.left(140) 让画笔向左旋转 140 度。
   • turtle.forward(224) 向前绘制 224 个单位长度。
   • turtle.circle(-112, 200) 绘制半径为 112（负号表示圆心在左侧 ），弧度为 200 度的圆弧，画出爱心左半部分。
   • turtle.left(120) 再次调整方向。
   • 第二个 turtle.circle(-112, 200) 画出爱心右半部分。
   • turtle.forward(224) 移动回起点，完成爱心轮廓绘制。
4. 结束填充和保持图形显示：turtle.end_fill() 结束填充，turtle.done() 保持图形窗口显示，不会自动关闭。

二、利用matplotlib库绘制基于数学公式的爱心

matplotlib是一个强大的绘图库，我们可以结合爱心的数学公式来绘制出富有数学美感的爱心。

爱心的数学公式（参数方程）

\(\begin{cases} x = 16\sin^3t \\ y = 13\cos t - 5\cos(2t) - 2\cos(3t) - \cos(4t) \end{cases}\)

代码示例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成参数t的值
t = np.linspace(0, 2*np.pi, 1000)
# 根据公式计算x和y的值
x = 16 * (np.sin(t)) ** 3
y = 13 * np.cos(t) - 5 * np.cos(2*t) - 2 * np.cos(3*t) - np.cos(4*t)

plt.plot(x, y, color='red')  # 绘制线条，颜色设置为红色
plt.title('Mathematical Heart')  # 设置标题
plt.xlabel('x')  # 设置x轴标签
plt.ylabel('y')  # 设置y轴标签
plt.axis('equal')  # 设置坐标轴比例相等，使爱心不变形
plt.show()  # 显示图形

代码解析

1. 导入库：import numpy as np 导入数值计算库 numpy，import matplotlib.pyplot as plt 导入绘图库 matplotlib 的绘图模块。
2. 生成参数值：np.linspace(0, 2*np.pi, 1000) 生成在 0 到\(2\pi\)之间均匀分布的 1000 个数值，作为参数 t 的取值。
3. 计算坐标值：根据爱心的数学公式，通过 numpy 的数组运算计算出对应的 x 和 y 坐标值。
4. 绘图及设置：
   • plt.plot(x, y, color='red') 根据计算出的坐标绘制红色线条。
   • plt.title('Mathematical Heart') 设置图形标题。
   • plt.xlabel('x') 和 plt.ylabel('y') 分别设置 x 轴和 y 轴的标签。
   • plt.axis('equal') 确保坐标轴比例相等，让爱心形状不变形。
   • plt.show() 显示绘制好的图形。

三、使用tkinter库实现跳动的爱心动画

tkinter是 Python 标准的 GUI（图形用户界面）库，能创建交互式应用程序。下面是一个跳动爱心动画的代码示例（代码较长，核心部分已注释）：

from tkinter import *
import random
from math import sin, cos, pi, log

# 定义常量和全局变量
CANVAS_WIDTH = 640
CANVAS_HEIGHT = 640
CANVAS_CENTER_X = CANVAS_WIDTH / 2
CANVAS_CENTER_Y = CANVAS_HEIGHT / 2
IMAGE_ENLARGE = 11.6
HEART_COLOR = "#e77c8e"

# 生成心形的函数
def heart_function(t, shrink_ratio=IMAGE_ENLARGE):
    x = 16 * (sin(t) ** 3)
    y = -(13 * cos(t) - 5 * cos(2 * t) - 2 * cos(3 * t) - cos(4 * t))
    x = x * shrink_ratio + CANVAS_CENTER_X
    y = y * shrink_ratio + CANVAS_CENTER_Y
    return int(x), int(y)

# 内部扩散函数
def scatter_inside(x, y, beta=0.15):
    ratio_x = -beta * log(random.random())
    ratio_y = -beta * log(random.random())
    dx = ratio_x * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio_y * (y - CANVAS_CENTER_Y)
    return x + dx, y + dy

# 缩小函数
def shrink(x, y, ratio):
    force = -1 / (ratio ** 2)
    dx = force * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = force * (y - CANVAS_CENTER_Y)
    return x + dx, y + dy

# 心形类
class Heart:
    def __init__(self, generate_frame=20):
        self._points = set()
        self._edge_diffusion_points = set()
        self._center_diffusion_points = set()
        self.random_halo = 1000
        self.generate_frame = generate_frame
        self.build(2000)

    def build(self, number):
        for _ in range(number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t)
            self._points.add((x, y))
            if random.random() < 0.2:
                self._edge_diffusion_points.add((x, y))
            if random.random() < 0.1:
                self._center_diffusion_points.add((x, y))

    def calc_position(self, x, y, ratio):
        force = 1 / (ratio ** 2)
        dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X) + random.randint(-1, 1)
        dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y) + random.randint(-1, 1)
        return x + dx, y + dy

    def calc(self, generate_frame):
        ratio = 10 * (1 - generate_frame / 10 * pi)
        halo_radius = int(4 + 6 * (1 + (1 - generate_frame / 10 * pi) ** 2))
        halo_number = int(3000 + 4000 * abs((1 - generate_frame / 10 * pi) ** 2))
        all_points = []
        heart_halo_point = set()
        for _ in range(halo_number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t, shrink_ratio=11.6)
            x, y = shrink(x, y, halo_radius)
            if (x, y) not in heart_halo_point:
                heart_halo_point.add((x, y))
                x += random.randint(-14, 14)
                y += random.randint(-14, 14)
                size = random.choice((1, 2, 2))
                all_points.append((x, y, size))
        for x, y in self._points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 3)
            all_points.append((x, y, size))
        for x, y in self._edge_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))
        for x, y in self._center_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))
        return all_points

    def render(self, render_canvas, render_frame):
        for x, y, size in self.calc(render_frame):
            render_canvas.create_rectangle(x - size, y - size, x + size, y + size, fill=HEART_COLOR)

root = Tk()
root.title("跳动的爱心")
canvas = Canvas(root, bg="black", height=CANVAS_HEIGHT, width=CANVAS_WIDTH)
canvas.pack()
heart = Heart()

def draw():
    heart.render(canvas, 10)
    root.after(100, draw)

draw()
root.mainloop()

代码解析

1. 导入库：导入 tkinter 库用于创建 GUI 界面，random 库用于生成随机数，sin、cos、pi、log 用于数学计算。
2. 定义常量和全局变量：设置画布的宽高、中心坐标、爱心放大倍数、颜色等参数。
3. 定义函数：
   • heart_function 根据参数 t 计算爱心上点的坐标，并进行缩放和平移，使其位于画布中心。
   • scatter_inside 对坐标进行内部扩散处理。
   • shrink 对坐标进行缩小处理。
4. 心形类定义：
   • __init__ 初始化心形类的相关属性，并调用 build 方法生成初始的点集。
   • build 生成一定数量的心形点集，并根据随机条件划分出边缘扩散点和中心扩散点。
   • calc_position 计算心形点在每一帧的新位置。
   • calc 根据当前帧数计算心形点集的相关参数，包括光晕点集等，并整合所有点集。
   • render 将计算得到的心形点集渲染到画布上，通过绘制矩形来表示点的位置和大小。
5. 主程序部分：创建 Tk 窗口和画布，实例化 Heart 类，定义 draw 函数用于不断更新绘制爱心，通过 root.after 实现定时调用 draw 函数，形成动画效果，最后通过 root.mainloop 启动 GUI 主循环。

这些爱心代码各有特色，你可以根据不同的场景和需求选择使用，也可以在此基础上进一步发挥创意，添加更多有趣的功能，比如让爱心变色、添加文字等。希望大家在编程中感受这份浪漫与乐趣！