科赫雪花小包裹实例详解

news/2024/7/8 2:52:08

高大上的分形几何

分形几何是一种迭代的几何图形,广泛存在于自然界中(树叶,菜花)(这个东西的整体与他的局部具有很相似的特点)

分形几何中有一种特殊的曲线叫做科赫曲线,也叫雪花曲线

科赫曲线是一种用于分形的曲线。

用python绘制科赫曲线

取一条直线 ,去这条直线的1/3处画一个三角形的角,与右边的1/3处进行连接,这样子四条1/3直线即组成一次科赫曲线的转换

一条直线即为0阶科赫曲线

四条一条直线的1/3曲线即为1阶科赫曲线

在四条一条直线的1/3曲线上再在每条1/3曲线上画四条该1/3曲线的1/3曲线即为2阶科赫曲线

每分隔一次为一阶。依此类推,即为科赫曲线。

代码示例如下:

import turtle
def koch(m,n):
    if n==0:
        turtle.fd(m)
    else:
        for angle in [0,60,-120,60]:
            turtle.left(angle)
            koch(m/3,n-1)
def main():
    m= int(input("请输入直线的长度:"))
    n=int(input("请输入曲线的阶数:"))
    turtle.setup(800,400)
    turtle.pencolor("red")
    turtle.penup()
    turtle.goto(-300,-50)
    turtle.pendown()
    turtle.pensize(2)
    koch(m,n)
    turtle.done()
main()

运行界面如下:

 通过代码界面,我们来进行分析一下思路,解析如下:

我们进行科赫曲线的绘制,我们采用了递归的方法进行实现,递归的格式为函数+分支结构,还有递归基例与递归链条的存在。首先我们进行寻找递归基例,因为当我们选择0阶的时候,所画的为一条直线,所以基例为0,进行画一条直线,下来我们进行递归链条的设置,当阶数为2时,我们将这条直线分为三段,在中间绘制一个凸起的三角形与另外两端相连。我们继续进行判断,如果仍不符合条件,我们再将每条直线分为三段,在每条直线的中间绘制一个凸起的三角形与另外两端相连。依次类推,与前一个形成递归关系。即可形成科赫曲线。

科赫雪花:

在科赫曲线的基础之上,我们可以绘制科赫雪花

示例代码如下:

import turtle
def koch(size,n):
    if n==0:
        turtle.fd(size)
    else:
        for angle in [0,60,-120,60]:
            turtle.left(angle)
            koch(size/3,n-1)
def main():
    size= int(input("请输入雪花直线的长度:"))
    level=int(input("请输入雪花的阶数:"))
    turtle.setup(600,600)
    turtle.pencolor("red")
    turtle.penup()
    turtle.goto(-200,100)
    turtle.pendown()
    turtle.pensize(2)
    koch(size, level)
    turtle.right(120)
    koch(size, level)
    turtle.right(120)
    koch(size, level)
    turtle.done()
main()

运行界面如下:

通过代码界面,我们来进行分析一下思路,解析如下:

我们进行科赫雪花的绘制,即在科赫曲线的基础之上进行科赫雪花的绘制,我们采用了递归的方法进行实现,递归的格式为函数+分支结构,还有递归基例与递归链条的存在。首先我们进行寻找递归基例,因为当我们选择0阶的时候,所画的为一条直线,所以基例为0,进行画一条直线,下来我们进行递归链条的设置,当阶数为2时,我们将这条直线分为三段,在中间绘制一个凸起的三角形与另外两端相连。我们继续进行判断,如果仍不符合条件,我们再将每条直线分为三段,在中间绘制一个凸起的三角形与另外两端相连。依次类推,与前一个形成递归关系。

在进行雪花绘制的时候,我们将雪花初始图形看作等边三角形,根据他们的阶数,先选择一条直线进行绘制,绘制完成后,此时角度为向右正方向,此时画向另一条边,由于三角形为60度,我们右转达到第二条边,画完之后,我们继续右转120度,画第三条边,完成之后。即可出现科赫雪花形状。

举一反三:绘制条件的扩展时

修改分形几何绘制阶数

修改科赫曲线的基本定义即旋转角度

修改绘制科赫雪花的基础框架图形(五边形,八边形,使用不同的图形)

分形几何千千万

摩托尔集、谢尔宾斯基三角形、门格海绵

龙形曲线、空间填充曲线、科赫曲线


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