如何用Python过一个完美的七夕节？

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如何用Python过一个完美的七夕节？

原创： wLsq Python数据科学 2019-04-22

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-----这是 Python数据科学的第 43 篇原创文章-----

【作者】：xiaoyu

【介绍】：一个半路转行的数据挖掘工程师

【知乎专栏】：https://zhuanlan.zhihu.com/pypcfx

全文1797字 | 阅读需要5分钟

七夕礼物

一年一度的七夕节又到了，每年重复的过，花样各种有，很多男同胞又开始发愁了，该准备点什么呢？前一段时间非常火的电影 “西红市首富” 突然给了我点灵感，男主全城放烟花俘获了女主的芳心。没错！就是放烟花，而且要全城放。

可除了土豪，不是所有人都能在整个城市放烟花的。对于一个普通的不能再普通的我也只能想想了。虽然梦想很遥远，不过我还没放弃，我决定用Python来帮我实现一下这个愿望，毕竟Python是万能的。

下面是Python实现的礼花动态效果。

Tkinter和代码实现

这个动态效果是由 Tkinter 库来完成的，属于Python的GUI编程部分。Python提供了多个图形开发界面的库，常用的有Tkinter，xwPython，Jython。Tkinter是Python的标准GUI库，内置在Python中，不需要额外安装，对于一些简单的图形界面可以轻松实现。

下面是七夕节烟花效果的代码实现，首先导入所有需要的库：

Tkinter：最终的GUI实现；
PIL：处理图像，在最后画布背景中使用；
time：处理时间，完成时间生命周期的更新迭代；
random：随机产生数字，定义燃放过程中的随机变量；
math：数学函数方法，计算燃放移动使用；

import tkinter as tk
from PIL import Image, ImageTk
from time import time, sleep
from random import choice, uniform, randint
from math import sin, cos, radians

然后定义一个通用的烟花颗粒的类（part），烟花颗粒的属性如下：

id：每个烟花中颗粒的标识；
x, y： 烟花的x，y轴；
vx, vy：在x，y轴中颗粒的速度；
total：每个烟花的颗粒数量；
age：颗粒已经在背景度过的时间；
color：颜色；
cv：背景；
lifespan：颗粒将在背景持续多久；

然后在这个类中定义了烟花颗粒的一些类方法：

update：通过判断颗粒状态更新颗粒的生命时间；
expand：定义爆炸的时间；
alive：检查颗粒在生命周期内是否还存在；

# 设置重力参数
GRAVITY = 0.05
# 设置随机的颜色列表
colors = ['red', 'blue', 'yellow', 'white', 'green', 'orange', 'purple', 'seagreen', 'indigo', 'cornflowerblue']

class part:
    def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx=0., vy=0., size=2., color='red', lifespan=2,
                 **kwargs):
        self.id = idx
        self.x = x
        self.y = y
        self.initial_speed = explosion_speed
        self.vx = vx
        self.vy = vy
        self.total = total
        self.age = 0
        self.color = color
        self.cv = cv
        self.cid = self.cv.create_oval(
            x - size, y - size, x + size,
            y + size, fill=self.color)
        self.lifespan = lifespan

    def update(self, dt):
        self.age += dt

        # 颗粒爆炸
        if self.alive() and self.expand():
            move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed
            move_y = sin(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed
            self.cv.move(self.cid, move_x, move_y)
            self.vx = move_x / (float(dt) * 1000)

        # 颗粒降落
        elif self.alive():
            move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total))
     
            self.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy + GRAVITY * dt)
            self.vy += GRAVITY * dt

        # 如果颗超过最长持续时间，颗粒消失
        elif self.cid is not None:
            cv.delete(self.cid)
            self.cid = None

    # 定义爆炸的时间
    def expand(self):
        return self.age <= 1.2

    # 检查颗粒在生命周内是否还存在
    def alive(self):
        return self.age <= self.lifespan

上面完成了一个通用的烟花颗粒类的实现，下面就开始烟花燃放的模拟循环过程：通过递归不断循地在背景中产生新的烟花。

首先定义一个 simulate 模拟的函数，在函数中定了一些参数：

t：时间戳；
explode_points：烟花爆炸点列表，供后续更新使用；
num_explore：随机的烟花数量；

然后在所有的烟花数量中循环创建所有的烟花颗粒类，当然在每次循环中颗粒类都需要设置一定的属性参数，参数多是随机产生：

objects：存放所有的颗粒对象；
x_cordi，y_cordi：随机产生烟花在背景中的x，y坐标位置（50，550）；
speed：随机产生颗粒移动速度（0.5，1.5）；
size：随机产生颗粒大小（0.5，3）；
color：选择颜色随机列表中的颜色；
total_particles：随机产生每个烟花中所有颗粒的数量；

有了这些参数，我们就可以定义循环产生每个颗粒对象了，并将每个烟花的所有颗粒对象储存在objects中。也就是说explore_points是列表中套列表，内层列表是每个烟花的所有颗粒对象，外层列表是所有烟花。

所有的颗粒对象完成后，就开始对每个颗粒的生命时间进行更新，且总时间设定在1.8秒以内。最后通过root递归使烟花可以一直在背景中燃放。

def simulate(cv):
    t = time()
    explode_points = []
    wait_time = randint(10, 100)
    numb_explode = randint(6, 10)
    # 循环创建所有的烟花颗粒
    for point in range(numb_explode):
        objects = []
        x_cordi = randint(50, 550)
        y_cordi = randint(50, 150)
        speed = uniform(0.5, 1.5)
        size = uniform(0.5, 3)
        color = choice(colors)
        explosion_speed = uniform(0.2, 1)
        total_particles = randint(10, 50)
        for i in range(1, total_particles):
            r = part(cv, idx=i, total=total_particles, explosion_speed=explosion_speed, x=x_cordi, y=y_cordi,
                     vx=speed, vy=speed, color=color, size=size, lifespan=uniform(0.6, 1.75))
            objects.append(r)
        explode_points.append(objects)

    total_time = .0
    # 保持在1.8秒内进行更新
    while total_time < 1.8:
        sleep(0.01)
        tnew = time()
        t, dt = tnew, tnew - t
        for point in explode_points:
            for item in point:
                item.update(dt)
        cv.update()
        total_time += dt
    # 通过递归持续不断的在背景中添加新烟花
    root.after(wait_time, simulate, cv)

def close(*ignore):
    """停止模拟循环，关闭窗口"""
    global root
    root.quit()

以上代码部分均与Tkinter无关，只是定义了颗粒对象以及模拟颗粒生命周期的全过程，下面将使用Tkinter完成最终的效果。

root：Tkinter类的对象；
cv：定义了Tkinter中背景画布对象，其中height和width参数可根据实际进行调整；
image：打开的图像对象，图像将被作为画布中的背景，图像可根据自己喜好自行选择；
photo：使用ImageTk定义了Tkinter中的图像对象；

然后将在画布对象上创建一个图像（使用定义的photo对象作为参数），最后调用Tkinter对象root进行持续不断地simulate模拟过程。

if __name__ == '__main__':
    root = tk.Tk()
    cv = tk.Canvas(root, height=600, width=600)
    # 自己选择一个好的图像背景填充画布
    image = Image.open("image.jpg")
    photo = ImageTk.PhotoImage(image)
    cv.create_image(0, 0, image=photo, anchor='nw')

    cv.pack()
    root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", close)

    root.after(100, simulate, cv)

    root.mainloop()