20233324 周浩然 2023-2024-2 《Python程序设计》实验四报告

[20233324周浩然]

20233324 周浩然 2023-2024-2 《Python程序设计》实验四报告

课程：《Python程序设计》
班级： 2333
姓名： 周浩然
学号：20233324
实验教师：王志强
实验日期：2024年5月23日
必修/选修： 公选课

一、实验内容
Python综合应用：爬虫、数据处理、可视化、机器学习、神经网络、游戏、网络安全等。
（1）：编写从社交网络爬取数据，实现可视化舆情监控或者情感分析。
（2）：利用公开数据集，开展图像分类、恶意软件检测等
（3）：利用Python库，基于OCR技术实现自动化提取图片中数据，并填入excel中。
（4）：爬取天气数据，实现自动化微信提醒
（5）：利用爬虫，实现自动化下载网站视频、文件等。
（6）：例如：编写小游戏：坦克大战、贪吃蛇、扫雷等等
注：在Windows/Linux系统上使用VIM、PDB、IDLE、Pycharm等工具编程实现。

二、实验过程及结果

项目概述：编写了一个简单的贪吃蛇小游戏，加上一个高等数学计算工具
1.贪吃蛇小游戏编程实践：
（1） 实现功能：
1） 界面：显示蛇身和食物，并有位置的游戏窗口
2） 游戏：控制蛇吃到食物会得分，并且在蛇头碰到墙壁或者蛇身时游戏结束。以获得更高的分数为游戏目的

（2） 编程实现：
1）
导入 Pygame 和 random 模块。
初始化 Pygame。
播放背景音乐。
设置游戏界面大小、背景颜色和游戏标题。以及蛇身颜色，食物颜色

2）
初始化蛇的位置、大小、速度
初始化食物的位置和大小

3）
定义蛇的初始移动方向，并用列表保存蛇的身体坐标
用draw函数跑来绘制蛇和食物

4）
进入主循环。
处理 Pygame 事件，包括窗口关闭事件和按键事件。

5）
根据按键事件改变蛇的移动方向。
根据蛇的移动方向移动蛇的头部。

6）
判断蛇是否吃到了食物，如果是，重新生成食物并在蛇的身体列表中添加头部坐标。更新蛇的身体坐标列表。

7）
判断游戏结束标志：蛇头撞到墙壁或蛇身

8）
绘制蛇和食物。
控制蛇的移动速度，使游戏画面更加流畅。
回到主循环。

（3）完整代码：

import pygame
import random

# 初始化 Pygame
pygame.init()

# 背景音乐播放
filepath = r"D:\The Python\贪吃蛇\music.mp3"
pygame.mixer.init()
pygame.mixer.music.load(filepath)  # 加载MP3文件
pygame.mixer.music.play()  # 播放mp3文件

# 设置游戏界面大小、背景颜色和游戏标题
screen_width = 640
screen_height = 480
screen = pygame.display.set_mode((screen_width, screen_height))
pygame.display.set_caption('这是一只贪吃蛇')

# 定义颜色
BLACK = (0, 0, 0)
WHITE = (255, 255, 255)
RED = (255, 0, 0)
GREEN = (0, 255, 0)

# 定义蛇的初始位置、大小和速度
snake_x = 100
snake_y = 100
snake_size = 20
snake_speed = 5


# 定义食物的初始位置和大小
food_x = random.randrange(0, screen_width - snake_size, 20)
food_y = random.randrange(0, screen_height - snake_size, 20)
food_size = 20

# 定义蛇的移动方向
snake_direction = 'right'

# 定义一个列表来保存蛇的身体坐标
snake_body = []

# 定义一个计时器来控制蛇的移动速度
clock = pygame.time.Clock()

# 定义一个函数来绘制蛇和食物
def draw(snake_x, snake_y, snake_body, food_x, food_y):
    screen.fill(BLACK)

    for pos in snake_body:
        pygame.draw.rect(screen, GREEN, [pos[0], pos[1], snake_size, snake_size])

    pygame.draw.rect(screen, RED, [food_x, food_y, food_size, food_size])

    pygame.display.update()

# 主循环
while True:
    # 处理事件
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            # 退出游戏
            pygame.quit()
            quit()

        # 处理按键事件
        if event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_UP:
                snake_direction = 'up'
            elif event.key == pygame.K_DOWN:
                snake_direction = 'down'
            elif event.key == pygame.K_LEFT:
                snake_direction = 'left'
            elif event.key == pygame.K_RIGHT:
                snake_direction = 'right'

    # 移动蛇的头部
    if snake_direction == 'up':
        snake_y -= snake_speed
    elif snake_direction == 'down':
        snake_y += snake_speed
    elif snake_direction == 'left':
        snake_x -= snake_speed
    elif snake_direction == 'right':
        snake_x += snake_speed

    # 判断是否吃到食物
    if (snake_x == food_x and snake_y == food_y) or (snake_x == food_x and abs(snake_y - food_y) < snake_size) or (snake_y == food_y and abs(snake_x - food_x) < snake_size):
        food_x = random.randrange(0, screen_width - snake_size, 10)
        food_y = random.randrange(0, screen_height - snake_size, 10)
        snake_body.append([snake_x, snake_y])

    # 更新蛇的身体坐标
    snake_body.insert(0, [snake_x, snake_y])
    if len(snake_body) > 1:
        snake_body.pop()

    # 判断游戏是否结束
    if snake_x < 0 or snake_x > screen_width - snake_size or snake_y < 0 or snake_y > screen_height - snake_size or [snake_x, snake_y] in snake_body[1:]:
        # 游戏结束，显示分数并等待退出
        font = pygame.font.Font(None, 36)
        text = font.render('Score: ' + str(len(snake_body)), True, WHITE)
        screen.blit(text, ((screen_width - text.get_width()) / 2, (screen_height - text.get_height()) / 2))
        pygame.display.update()
        pygame.time.wait(2000)
        pygame.quit()
        quit()

    # 绘制蛇和食物
    draw(snake_x, snake_y, snake_body, food_x, food_y)


    # 控制蛇的移动速度
    clock.tick(20)

（4）运行视频

2. 高等数学计算器
   （1） 实现功能：

1. 求导
2. 积分
3. 极限
4. 解方程

（2） 编程实现：
1）导入数学库

2）求导模块

3）积分模块

4）求极限模块

5）解方程模块

6）主函数

（3）完整代码.

import math

# 求导
def qiudao(f, x):
    h = 1e-6
    return (f(x + h) - f(x)) / h

# 积分
def jifen(f, a, b):
    n = 1000
    h = (b - a) / n
    result = 0
    for i in range(n):
        x = a + i * h
        result += f(x)
    return result * h

# 极限
def jixian(f, x):
    h = 1e-6
    return (f(x + h) - f(x - h)) / (2 * h)

# 方程求解
def jiefangchen(f, x0):
    max_iter = 100
    epsilon = 1e-6
    x = x0
    for i in range(max_iter):
        fx = f(x)
        if abs(fx) < epsilon:
            break
        dfx = qiudao(f, x)
        x = x - fx / dfx
    return x

# 主程序
def main():
    while True:
        print('1. 求导')
        print('2. 积分')
        print('3. 极限')
        print('4. 方程求解')
        print('5. 退出')

        choice = int(input('请输入操作编号：'))
        if choice == 1:
            expression = input('请输入函数表达式：')
            x = float(input('请输入自变量值：'))
            f = lambda x: eval(expression)
            result = qiudao(f, x)
            print(f'在点{x}处的导数为：{result}')
        elif choice == 2:
            expression = input('请输入函数表达式：')
            a = float(input('请输入积分下限：'))
            b = float(input('请输入积分上限：'))
            f = lambda x: eval(expression)
            result = jifen(f, a, b)
            print(f'{expression}在区间[{a},{b}]上的积分结果为：{result}')
        elif choice == 3:
            expression = input('请输入函数表达式：')
            x = float(input('请输入自变量值：'))
            f = lambda x: eval(expression)
            result = jixian(f, x)
            print(f'在点{x}处的极限值为：{result}')
        elif choice == 4:
            expression = input('请输入函数表达式：')
            x0 = float(input('请输入初始解值：'))

            f = lambda x: eval(expression)
            result = jiefangchen(f, x0)
            print(f'方程{expression}=0的解为：{result}')
        elif choice == 5:
            break
        else:
            print('无效的操作，请重新输入！')

# 运行主程序
if __name__ == '__main__':
    main()

（4）运行视频

三、实验过程中遇到的问题及解决方法
1.问题：蛇头与食物碰撞检测不准确。
解决方法：调整了一下蛇头和食物的大小，使得二者大小一致，检测就比较准确了。

2.问题：蛇撞到自己的身体没有显示游戏结束。
解决方法：在蛇移动时，加入了检查蛇头是否与身体碰撞的代码，如果碰撞则游戏结束。通过记录蛇头和蛇身各部分的位置，存储于列表中，只要蛇头与蛇身任意部位重合，则游戏结束。在编写代码的过程中忘记考虑这一点了。

3.问题：蛇在移动过程中卡顿
解决方法： 询问GPT后，加入了一个定时器clock，使得蛇的移动看起来更加顺滑。

4.问题：添加背景音乐时，只有拖动游戏窗口时背景音乐才会播放，而游戏过程中不会播放
解决方法：将播放背景音乐的模块从主函数部分移到外面，这样在游戏进行时背景音乐就会正常播放了

四、实验感想体会
在本次实验过程中，命题自由开放，可以任意选择自己喜欢的程序进行设计，我做了两个简单的小程序，一个是一直以来想浅浅尝试的游戏，这个在学习C语言的过程中就有所接触，也是写的贪吃蛇，但是最终的成品却属实令我有些失望，巨多的bug，图形编程困难，当时有点心灰意冷了属于是。在学习python的过程中，早有耳闻其编写游戏功能强大，语言简洁，趁此机会，也就写了一个简单的贪吃蛇小游戏，说实话比用C好太多了，可以说也算是圆梦了。另一个呢则是写了一个简单的高等数学计算器，这个想法源于本学期的python实验二,当时是要编写一个简单的加减乘除模计算器，我就想都上大学了，也学过高等数学了，是不是应该去做一个有点高等数学的东西呢，于是这一次就写了一个能够求导、积分、求极限、解方程的小程序，还是挺不错的。
在实验过程中，bug也是层出不穷，借助编译器、GPT、乃至上网查询资料都能得到不错的解决。最终还是完成了这次实验，在调试代码的过程中，也是深刻感受到GPT功能之强大，有打算借助暑假时间来学习一下Chat-GPT的原理和实践，写出自己的人工智能，顺便借助华为云的300元券来训练一下。
五、《python程序设计》课程总结
“人生苦短，我用Python！”从第一节《python程序设计》课开始，王老师就时常挂在嘴边，自此，python编程语言的简洁性、易用性便让我印象深刻。
1.python基本语法简单，语句简洁，这一点远不同于C语言，更有强大的各种外部库，足以应对日常绝大多数的程序设计需求。也让我进一步走进了编程的世界。
2.本学期学习到了：基础语法：变量、数据类型、运算符、条件语句、循环语句等；数据类型：列表、元组、字典、集合等数据类型；函数与模块化：学习函数的定义与调用，以及如何使用模块来组织代码，提高代码的复用性和可维护性；面向对象编程：理解面向对象编程的概念，学习类与对象的定义、属性与方法的操作以及继承与多态等相关知识。
3.王老师上课幽默风趣，认真负责，课程氛围轻松愉悦，个人感觉效果非常好，有了不少的收获。“人生苦短，我用python”可谓是贯穿课程始终。
但是我还是想给老师提一个建议，就是我觉得不止是“人生苦短，我用python”，而且应该给大家介绍一下“python之禅”。
Import this

4.在接下来的学习生活之中，虽然python程序设计这门课程已经结束，但是我对python的学习和探索还没有结束，下一个小目标是用python写出一个私有化的Chat-GPT,并且拥有一整套训练机制！相信接下来的路会越加精彩！
5.最后感谢王志强老师的悉心教导,助您生活愉快，当然未来可能还有问题要请教您呀！
人生苦短，我用python！