基于Python語言的Turtle庫繪圖實(shí)例

林曉芬

關(guān)鍵詞：Python語言；turtle庫

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）03-0097-02

Python語言語法簡潔、清晰，是一門適合非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生學(xué)習(xí)的編程語言。Python有著十分強(qiáng)大的類庫，其中的Turtle庫能繪制簡單且有規(guī)律的圖形。在講解Turtle庫的知識(shí)前，應(yīng)先介紹Python語言的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)和列表等基本知識(shí)。這樣既有利于學(xué)生輕松地掌握代碼的編寫方法，又讓學(xué)生更好地理解Pyhon語言的語法結(jié)構(gòu)。

Turtle庫是Python的標(biāo)準(zhǔn)庫之一，屬于入門級(jí)的圖形繪制函數(shù)庫。標(biāo)準(zhǔn)庫是隨解釋器直接安裝到操作系統(tǒng)中的功能模塊，第三方庫是需要經(jīng)過安裝才能使用的功能模塊。Turtle的中文意思是海龜，turtle模塊通過控制畫筆的移動(dòng)來繪圖，畫筆就像是一只海龜在畫布上爬，爬過的地方留下了痕跡，痕跡形成了圖形。海龜可以前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。海龜有一條尾巴，當(dāng)尾巴抬起時(shí)，爬過的地方不留下痕跡，尾巴放下時(shí)，爬過的地方留下痕跡[1-3]。

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)時(shí)筆者選取了一些繪圖案例，有正n邊形、太陽花、彩色螺旋線、奧運(yùn)五環(huán)等[4-5]。這些圖案的代碼十分簡單，很適合初學(xué)者的學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些繪圖代碼時(shí)，用到了Python語言中的循環(huán)語句、列表、索引等知識(shí)，讓學(xué)生在繪圖的時(shí)候加深了Python語法結(jié)構(gòu)的理解和運(yùn)用能力。

1 編程基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 Python 程序的語句結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)程序一般有三種語句結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用這三種結(jié)構(gòu)，可以編寫出各種復(fù)雜的應(yīng)用程序。

順序結(jié)構(gòu)是程序中最基本的結(jié)構(gòu)，它是任何程序的主體結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，各語句按照出現(xiàn)的先后次序依次執(zhí)行。當(dāng)需要根據(jù)給定的條件做出不同選擇時(shí)，可以使用選擇結(jié)構(gòu)來處理。在Python中，選擇結(jié)構(gòu)有單分支結(jié)構(gòu)、雙分支結(jié)構(gòu)和多分支結(jié)構(gòu)，分別用if語句、if...else...語句和if...elif...else...語句來實(shí)現(xiàn)。循環(huán)語句用來重復(fù)執(zhí)行一條或多條語句，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)可以減少源程序重復(fù)書寫的工作量，簡化程序結(jié)構(gòu)。在Python中，循環(huán)結(jié)構(gòu)語句主要有while語句和for循環(huán)語句。本繪圖實(shí)例中，筆者使用的是for循環(huán)語句。

1.2 Turtle 庫的導(dǎo)入

Turtle 的導(dǎo)入可以使用from turtle import * 或者import turtle 兩種語句，前者在使用方法時(shí)不需要加turtle前綴，后者在使用方法時(shí)需要加上turtle.前綴，例如，向前語句turtle.forward（x）。

1.3 Turtle 庫的基本函數(shù)

Turtle庫中函數(shù)較少且容易記憶，且許多函數(shù)的名字與海龜動(dòng)作名稱的自然語言一致，便于學(xué)生記憶。如：screensize（x，y，color），設(shè)置寬x、高y、顏色為color的畫布；setup（x，y），設(shè)置寬x，高y的畫布；forward（x），畫筆向前移動(dòng)x像素;backward（x），畫筆向后移動(dòng)x像素;left（x），畫筆方向向左旋轉(zhuǎn)x角度；right（x），畫筆方向向右旋轉(zhuǎn)x角度；shape（x），設(shè)置繪圖時(shí)的造型，默認(rèn)為小箭頭；pensize（x），設(shè)置畫筆的粗細(xì)；width（x），設(shè)置畫筆的粗細(xì)；pencolor（x），設(shè)置畫筆的顏色；color（x，y），設(shè)置畫筆的顏色為x，設(shè)置填充的顏色為y；fillcolor（x），設(shè)置圖形的填充顏色；speed（x），設(shè)置畫筆移動(dòng)的速度，取值在0-10之間，1最慢，10最快，0不移動(dòng)；penup（），畫筆抬起；pen?down（），畫筆落下；goto（x，y），畫筆移動(dòng)到x，y處，畫布中心為坐標(biāo)原點(diǎn)；circle（R，E，S），畫圓，R為圓的半徑，E是圓弧的角度。R半徑為正時(shí)在畫筆的左邊畫圓，半徑為負(fù)值時(shí)在畫筆的右邊畫圓；reset（），清空窗口，畫筆重新回到畫布中央；clear（），清空窗口，但是畫筆的位置和狀態(tài)不會(huì)改變；begin_fill（），準(zhǔn)備開始填充圖形；end_fill（），填充完成；write（），書寫；done（），海龜繪圖結(jié)束標(biāo)識(shí)，防止腳本結(jié)束后關(guān)閉畫布。

Python語言中的顏色非常豐富，常見的表示顏色的字符串有：“while”白色、“black”黑色、“green”綠色、“blue”藍(lán)色、“yellow”黃色、“cyan”青色、“magenta”洋紅色、“purple”紫色、“brown”棕色、“pink”粉色、“gold”金色、“tomato”番茄色等。

1.4 Turtle 坐標(biāo)系

Turtle的坐標(biāo)系有屏幕坐標(biāo)系、空間坐標(biāo)系和角度坐標(biāo)系等。屏幕坐標(biāo)系指的是畫布與屏幕之間的相對(duì)位置關(guān)系，顯示器屏幕的左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖1所示?？梢杂胹etup（width，height，startx，starty） 方法設(shè)置畫布左上角與屏幕左上角之間的距離?？臻g坐標(biāo)系是指畫筆與畫布之間的相對(duì)位置關(guān)系，默認(rèn)坐標(biāo)原點(diǎn)在畫布的正中心，繪圖時(shí)，畫筆從畫布的中心位置開始移動(dòng)，畫筆的方向默認(rèn)是x軸的正方向，如圖2所示。角度坐標(biāo)系如圖3所示，x軸的正方向?yàn)?度，y軸的正方向?yàn)?0度，可以通過setheading（angle） 方法來設(shè)置畫筆的方向。

2 繪圖實(shí)例

筆者安裝的Python版本是Python -3.8.1（64-bit） 。

2.1 繪制彩色六邊形

圖4中的彩色六邊形實(shí)際上是由6個(gè)正三角形組成的。利用circle（）方法中的steps參數(shù)來畫三角形，利用color（） 方法設(shè)置畫筆顏色和填充顏色，利用列表colors和for循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)顏色的變化。程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)語言教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)有三種基本的結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)教學(xué)案例中，通過繪制正六邊形，引導(dǎo)學(xué)生深入地理解循環(huán)結(jié)構(gòu)。

圖5中的圖形是由六個(gè)三角形和一個(gè)正六邊形構(gòu)成的。代碼段中，首先定義了一個(gè)函數(shù)triangle，這個(gè)函數(shù)的作用是畫正三角形。然后創(chuàng)建了一個(gè)列表colors，列表用來放顏色。然后用for循環(huán)畫正六邊形，循環(huán)六次，每循環(huán)一次的時(shí)候調(diào)用一次triangle函數(shù)，最終得到圖5的圖形。在這個(gè)教學(xué)案例中，通過繪圖實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生理解循環(huán)的嵌套是如何實(shí)現(xiàn)圖形的繪制。

2.2 繪制彩虹

圖6中的彩虹是通過一個(gè)for循環(huán)語句和列表col?ors實(shí)現(xiàn)的。先創(chuàng)建一個(gè)列表colors來放顏色，然后設(shè)置畫筆的寬度，因?yàn)槭钱嫴屎纾援嫻P寬度要設(shè)得比較寬。然后用circle（） 方法來畫半圓，每循環(huán)一次，circle（）中的半徑就要增大一次，畫筆的顏色也要不斷改變，這些是通過循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)的。setheading（）方法用來設(shè)置畫筆的方向。每次畫筆的起點(diǎn)都不一樣，這是通過goto（）方法來實(shí)現(xiàn)的，但每一次畫筆的起始方向都是一樣的。

2.3 繪制箭靶

圖7和圖8是實(shí)現(xiàn)彩色圓環(huán)的兩種方法。圖7中所采用的方法，是從最外圈開始畫圓，然后逐漸縮小畫圓所用的半徑值。圖8中所采用的方法，是從最里圈開始畫圓，然后逐漸增大畫圓所用的半徑值。

這兩種方法都使用了for 循環(huán)語句和circle（） 方法。畫圖時(shí)，要注意畫筆的初始位置和畫筆的方向，才能畫出想要的圖形。

3 結(jié)論

Turtle庫是一個(gè)簡單易學(xué)的繪圖庫，學(xué)習(xí)門檻低，繪圖函數(shù)易學(xué)易記。在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，改變以往把解決數(shù)學(xué)問題作為編程例題的做法，把圖形繪制帶入程序設(shè)計(jì)教學(xué)中。教學(xué)實(shí)踐表明，通過各種有趣、生動(dòng)鮮明、貼合生活實(shí)際的繪圖實(shí)例，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)Python語言的興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的信心[6]，Turtle庫可以作為學(xué)習(xí)Python語言的入門庫。