Python—turtle绘图库使用方法

课程来源：

MOOC网《python语言程序设计》嵩天。
https://www.icourse163.org/learn/BIT-268001?tid=1474324443#/learn/announce
第二周：python基本图形绘制

1.tutle绘图库介绍

turtle绘图库是 Python 标准库之一，用户能利用turtle绘图库编写代码来绘制各种图形。

基本原理

• 绘图窗口：turtle提供了一个绘图窗口，就像是一张画布。用户通过编写代码控制一只虚拟的 “海龟” 在这个画布上移动，“海龟” 经过的轨迹就会形成绘制的图形。
• 指令控制：用户通过调用turtle库中的函数来控制 “海龟” 的行为。

案例1：绘制正方形

import turtle

# 创建一个turtle对象
my_turtle = turtle.Turtle()

# 绘制一个正方形
for _ in range(4):
    my_turtle.forward(100)
    my_turtle.left(90)

# 保持绘图窗口显示
turtle.done()

案例2：绘制蟒蛇

# 导入turtle绘图库，import关键字用于引入模块import turtle  
import turtle

# 设置绘图窗口的大小和位置，参数依次为：窗口宽度、窗口高度、窗口左上角x坐标、窗口左上角y坐标
turtle.setup(650, 350, 200, 200)  

# 抬起画笔，之后移动画笔时不会绘制线条
turtle.penup()  

# 画笔前进（forward的缩写）指定的距离，负数表示向当前方向的反方向移动
turtle.fd(-250)  

# 放下画笔，之后移动画笔时会绘制线条
turtle.pendown()  

# 设置画笔的宽度
turtle.pensize(25)  

# 设置画笔的颜色为紫色
turtle.pencolor("purple")  

# 设置海龟（画笔）的朝向，参数为角度，这里设置为 -40度
turtle.seth(-40)  

# 使用for循环，循环4次for i in range(4):  
    # 绘制半径为40，圆心角为80度的圆弧，方向为逆时针
    turtle.circle(40, 80)  
    # 绘制半径为 -40（负号表示圆心在画笔左侧），圆心角为80度的圆弧，方向为顺时针
    turtle.circle(-40, 80)  

# 绘制半径为40，圆心角为80/2（即40度）的圆弧，方向为逆时针
turtle.circle(40, 80 / 2)  

# 画笔前进40个单位长度
turtle.fd(40)  

# 绘制半径为16，圆心角为180度的圆弧，方向为逆时针
turtle.circle(16, 180)  

# 画笔前进40 * 2/3个单位长度
turtle.fd(40 * 2 / 3)  

# 保持绘图窗口显示，防止程序结束后窗口立即关闭
turtle.done()  

2.使用方法

（1）turtle 绘图窗体布局

• 概念：turtle的画布空间，最小单位是像素
  
• 设置方法：通过turtle.setup()函数实现。它可以指定绘图窗口的宽度、高度，以及窗口在屏幕上的起始位置。

import turtle
# 设置窗口宽度为800像素，高度为600像素，窗口左上角在屏幕(100, 100)位置
turtle.setup(800, 600, 100, 100) 

（2）turtle空间坐标体系

- 绝对坐标：以绘图窗口中心为原点 (0, 0)，水平向右为 x 轴正方向，垂直向上为 y 轴正方向。使用turtle.goto(x, y)函数可将画笔移动到指定的绝对坐标位置。

import turtle
turtle.goto(100, 100)  # 画笔移动到坐标(100, 100)处

- 相对坐标：基于当前画笔位置来确定新的位置。例如，turtle.fd(distance)函数使画笔沿当前方向前进指定距离，turtle.bk(distance)则沿当前方向后退指定距离；turtle.right(angle)和turtle.left(angle)分别使画笔顺时针、逆时针旋转指定角度。

import turtle
turtle.fd(100)  # 画笔沿当前方向前进100像素
turtle.left(90)  # 画笔逆时针旋转90度

（3）turtle角度坐标体系

- 绝对角度：以水平向右方向为 0 度，逆时针方向为角度增加方向。使用turtle.seth(angle)函数可设置画笔的绝对朝向角度。

import turtle
turtle.seth(45)  # 将画笔方向设置为与水平向右方向成45度角

- 相对角度：通过left(angle)和right(angle)函数来改变画笔方向，它们基于当前画笔方向进行旋转。如left(30)表示画笔在当前方向基础上逆时针旋转 30 度。

（4）RGB色彩体系

• 概念：RGB指红蓝绿三个通道的颜色组合。RGB色取值范围0-255整数或0-1小数。
• 设置方法：
  ①直接使用颜色名称：如"red"、“green”、"blue"等常见颜色名称。

import turtle
turtle.pencolor("red")  # 设置画笔颜色为红色

②RGB 整数值表示：使用(r, g, b)元组，其中 r、g、b 分别是 0 - 255 之间的整数，表示红、绿、蓝三种颜色的强度。

import turtle
turtle.pencolor((128, 0, 128))  # 设置画笔颜色为紫色

③ RGB 小数值表示：使用(r, g, b)元组，r、g、b 取值范围是 0.0 - 1.0，同样表示红、绿、蓝三种颜色的强度。

import turtle
turtle.pencolor((0.5, 0.5, 0.5))  # 设置画笔颜色为灰色

3.语法元素分析（待补充）

（1）库引用与import

库引用：扩充Python程序功能的方式

方法1：使用import保留字完成，采用<a>.<b>()编码风格

import<库名>
<库名>.<函数名>(<函数参数>)

方法2：使用from和import保留字共同完成

from <库名>import<函数名>
from<库名>import *
<函数名>(<函数参数>)

(推荐！)方法3：使用import和as保留字共同完成

import<库名>as<库别名>
<库别名>.<函数名>(<函数参数>)

（2）turtle画笔函数

函数名	别名	功能	参数说明	示例（含注释）
pendown()	pd()	放下画笔，使画笔移动时绘制线条	无	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.penup(); t.forward(50); t.pendown(); t.forward(50) # 放下画笔后，向前移动50个单位并绘制线条
penup()	pu()	抬起画笔，使画笔移动时不留下痕迹	无	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.penup(); t.forward(50) # 抬起画笔，向前移动50个单位，不绘制线条
forward(distance)	fd(distance)	使画笔沿着当前方向前进指定距离	distance：前进的距离数值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.forward(100) # 画笔向前移动100个单位
backward(distance)	bk(distance)	使画笔沿着当前方向后退指定距离	distance：后退的距离数值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.backward(50) # 画笔向后移动50个单位
setheading(angle)	seth(angle)	将画笔的方向设置为指定角度（以水平向右为0度，逆时针为正方向）	angle：要设置的角度数值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.seth(45) # 将画笔方向设置为45度
left(angle)	-	使画笔逆时针旋转指定角度	angle：旋转的角度数值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.left(90) # 画笔逆时针旋转90度
right(angle)	-	使画笔顺时针旋转指定角度	angle：旋转的角度数值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.right(30) # 画笔顺时针旋转30度
goto(x, y)	-	将画笔移动到指定的坐标位置	x：目标位置的横坐标 y：目标位置的纵坐标	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.goto(100, 50) # 画笔移动到坐标(100, 50)处
setx(x)	-	将画笔的x坐标设置为指定值，y坐标保持不变	x：要设置的x坐标值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.setx(200) # 将画笔的x坐标设为200
sety(y)	-	将画笔的y坐标设置为指定值，x坐标保持不变	y：要设置的y坐标值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.sety(-100) # 将画笔的y坐标设为 -100
pensize(width)	width(width)	设置画笔的宽度	width：画笔宽度数值	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.pensize(5) # 设置画笔宽度为5
pencolor(color)	-	设置画笔的颜色	color：颜色名称、RGB元组或十六进制颜色码	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.pencolor('red') # 设置画笔颜色为红色
speed(speed)	-	设置画笔移动的速度	speed：取值范围为0 - 10，0表示最快（无动画效果），1表示最慢，6为默认速度	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.speed(2) # 设置画笔速度为2
circle(radius, extent=None, steps=None)	-	绘制圆形或弧形	radius：圆半径，正数圆心在画笔左侧，负数圆心在画笔右侧 extent（可选）：绘制弧形角度，默认画完整圆 steps（可选）：用指定直线段数近似绘制圆形或弧形	python import turtle; t = turtle.Turtle(); t.circle(50); t.circle(80, 180); t.circle(40, steps = 10) # 分别绘制半径为50的完整圆形、半径为80角度为180度的弧形、半径为40由10条线段组成的近似圆形（十边形）

（3）循环语句与range函数

循环语句：按照一定次数循环执行一组语句

for<变量>in range(<参数>)
<被循环执行的语句>

• <变量>表示每次循环的计数，0到<次数>-1

range()函数：产生循环计数序列

• range(N)：产生 0到 N-1的整数序列，共N个。range(5)→0，1，2，3，4
• range(M,N)产生 M 到 N-1的整数序列，共N-M个。range(2,5)→2，3，4
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