python实现随机漫步方法和原理

为了实现随机漫步，我们需要做以下三件事：

1. 定义步数、漫步起点和漫步过程
2. 写代码实现随机漫步
3. 使用matplotlib将数据可视化

1. 定义步数、漫步起点和漫步过程

在漫步模拟中，我们需要定义一个起点，并以随机方式进行步行。步数是程序决定的，但通常为1000步。随机漫步的过程是随机地选择将向上、向下、向左或向右前进。我们来看一个例子：

首先，定义一个名为RandowWalk的类。

class RandomWalk:
    """生成一个随机漫步数据的类。"""

    def __init__(self, num_points=5000):
        """初始化属性"""
        self.num_points = num_points
        # 所有随机漫步都始于（0, 0）
        self.x_values = [0]
        self.y_values = [0]

在这个类中，我们定义了一个名为__init__的方法，该方法负责初始化随机漫步的所有属性。首先，它将步数设置为默认值5000，然后创建两个列表，分别命名为x_values和y_values，用于存储所有漫步中点的x坐标和y坐标值，初始值均设置为0，因为随机漫步总是从原点开始。

接下来，我们创建方法fill_walk()，来随机漫步过程。

def fill_walk(self):
        """计算随机漫步的所有点"""

        # 不断漫步，直到达到所需的长度
        while len(self.x_values) < self.num_points:

            # 决定前进方向以及沿这个方向前进的距离
            x_direction = choice([-1, 1])
            x_distance = choice([0, 1, 2, 3, 4])
            x_step = x_direction * x_distance

            y_direction = choice([-1, 1])
            y_distance = choice([0, 1, 2, 3, 4])
            y_step = y_direction * y_distance

            # 拒绝原地踏步
            if x_step == 0 and y_step == 0:
                continue

            # 计算下一个点的x和y值
            next_x = self.x_values[-1] + x_step
            next_y = self.y_values[-1] + y_step

            self.x_values.append(next_x)
            self.y_values.append(next_y)

在fill_walk()方法中，我们使用while循环，从初始点开始随机漫步，直到漫步达到指定数量num_points。 每次循环时，我们生成step_size和step_direction的随机值，然后给定这些值移动到新的点，并将该点添加到x_values和y_values列表中。当移动到新点后，漫步程序会计算下一个点的x和y值，然后将它们添加到漫步中。最后，我们设置了一条规则，如果步数为0则不移动。

2. 写代码实现随机漫步

# 创建一个实例，并开始漫步
rw = RandomWalk()
rw.fill_walk()

# 可视化结果
plt.scatter(rw.x_values, rw.y_values, s=15)
plt.show()

首先，我们创建了一个名为rw的RandomWalk实例，并使用fill_walk()方法填充漫步点。紧接着，我们使用scatter()方法将结果可视化。散点图显示在程序侧。

3. 使用matplotlib将数据可视化

最后，我们使用matplotlib库把我们的数据可视化出来。

import matplotlib.pyplot as plt

# 设置绘制的图形尺寸
plt.figure(dpi=128, figsize=(10, 6))

# 绘制散点图
plt.scatter(rw.x_values, rw.y_values, s=15, c=list(range(rw.num_points)), cmap=plt.cm.Blues)

# 突出起点和终点
plt.scatter(0, 0, c='green', s=100)
plt.scatter(rw.x_values[-1], rw.y_values[-1], c='red', s=100)

plt.show()

我们使用了figure()方法来设置绘图对象的大小和分辨率。接下来，我们使用scatter()方法分散漫步点，并通过cmap参数使之具备颜色映射效果。最后，我们使用scatter()方法再次绘制初始点和终点，并将它们突出显示。

这就是Python实现随机漫步的完整攻略，希望对你有所帮助。