Python實現(xiàn)隨機漫步的詳細過程

更新時間：2023年03月07日 09:55:43 作者：Aperion

隨機漫步顧名思義每一步都是隨機的,假設有一個點,下一步往哪里走,走多遠,這些都沒有明確的表示,完全是隨機的,最后走到哪里,是由一系列隨機決策決定的，這篇文章主要給大家介紹了關于Python實現(xiàn)隨機漫步的相關資料,需要的朋友可以參考下

隨機漫步 顧名思義就是隨機走出的步伐，它是這樣行走得到的路徑：每次行走都是完全隨機的、沒有明確的方向，結果是由一系列隨機決策決定的。我們可以將隨機漫步看作是 螞蟻在暈頭轉向 的情況下，每次都沿隨機的方向前行所經過的路徑。

1. 創(chuàng)建 RandomWalk 類

為模擬隨機漫步，首先創(chuàng)建一個名為 RandomWalk 的類，其作用是 隨機的選擇前進方向。這個類需要三個屬性：一個是 存儲隨機漫步次數(shù)的變量，其他兩個是列表，分別存儲隨機漫步經過的每個點的 x 坐標 和 y 坐標。

RandomWalk 類只包含兩個方法：

方法 __init__ () ，初始化屬性
方法 fill_walk () ，計算隨機漫步經過的所有點

from random import choice
 
class RandomWalk:
    '''一個生成隨機漫步數(shù)據(jù)的類'''
 
    def __init__(self, num_points = 500):
        '''初始化隨機漫步的屬性'''
 
        self.num_points = num_points
 
        # 所有隨機漫步都使于(0,0)
        self.x_values = [0]
        self.y_values = [0]

為做出隨機決策，將所有可能的選擇都存儲在一個列表中，并在每次決策時，都使用模塊 random 中的 choice () 來決定使用哪種選擇。
將隨機漫步包含的默認點數(shù)設置為 5000，這個數(shù)大到足以生成有趣的模式，又小到可確保能夠快速地模擬隨機漫步。
創(chuàng)建兩個用于存儲 x 值和 y 值的列表，并讓每次漫步都從點（0,0）出發(fā)。

2. 選擇方向

我們將使用方法 fill_walk() 來生成漫步包含的點，并決定每次漫步的方向。

import random
 
def fill_walk(self):
    '''計算隨機漫步包含的所有點'''
 
    # 不斷漫步，直到列表達到指定的長度
    while len(self.x_values) < self.num_points:
 
        # 決定前進方向以及沿這個方向前進的距離
        x_direction = random.choice([1,-1])
        x_distance = random.choice([0,1,2,3,4])
        x_step = x_direction * x_distance
 
        y_direction = random.choice([1,-1])
        y_distance = random.choice([0,1,2,3,4])
        y_step = y_direction * y_distance
 
        # 拒絕原地踏步
        if x_step == 0 and y_step == 0:
            continue
 
        # 計算下一個點的 x 值和 y 的值
        x = self.x_values[-1] + x_step
        y = self.y_values[-1] + y_step
 
        self.x_values.append(x)
        self.y_values.append(y)

先建立一個循環(huán)，它不斷運行，直到漫步包含所需的點數(shù)。方法 fill_walk（）的主要部分告訴 Python 如何模擬四種漫步決定：向右走還是向左走？沿指定的方向走多遠？向上走還是向下走？沿指定的方向走多遠？
使用 choice([-1,-1]) 給 x_direction 選擇一個值，結果要么是表示向右走的 1，要么是表示向左走的 -1。接下來，choice([0，1，2，3，4]) 隨機的選擇一個 0~4 的整數(shù)，告訴 Python 沿指定方向走多遠（x_distance）。通過包含 0 ，不僅能夠同時沿兩個軸移動，還能夠只沿一個軸移動。
將移動方向乘以移動距離，確定沿 x 軸和 y 軸移動的距離。如果 x_step 為正將向右移動，為負將向左移動，為零將垂直移動；如果 y_step 為正將向上移動，為負將向下移動，為零將水平移動。如果 x_step 和 y_step 都為零，則意味著原地踏步。我們拒絕這樣的情況，接著執(zhí)行下一次循環(huán)。
為獲取漫步中下一個點的 x 的值，將 x_step 和 x_values 中的最后一個值相加，對 y 值也做相同的處理。獲得下一個點的 x 值和 y 值后，將它們分別附件到列表 x_values 和 y_values 的末尾。

3. 繪制隨機漫步圖

下面的代碼將隨機漫步的所有點都繪制出來：

from random import choice
import matplotlib.pyplot as plt
 
class RandomWalk:
    '''一個生成隨機漫步數(shù)據(jù)的類'''
 
    def __init__(self, num_points = 5000):
        '''初始化隨機漫步的屬性'''
 
        self.num_points = num_points
 
        # 所有隨機漫步都使于(0,0)
        self.x_values = [0]
        self.y_values = [0]
 
    def fill_walk(self):
        '''計算隨機漫步包含所有的點'''
 
        # 不斷漫步，直到列表達到指定的長度
        while len(self.x_values) < self.num_points:
 
            # 決定前進的方向以及沿著這個方向前進的距離
            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
 
            # 拒絕原地踏步
            if x_step == 0 and y_step == 0:
                continue
 
            # 計算下一個點的 x 值和 y 值
            x = self.x_values[-1] + x_step
            y = self.y_values[-1] + y_step
 
            self.x_values.append(x)
            self.y_values.append(y)
 
# 創(chuàng)建一個 RandomWalk 實例
random_wander = RandomWalk()
random_wander.fill_walk()
 
# 將所有的點都繪制出來
plt.style.use('classic')
(fig,ax) = plt.subplots()
ax.scatter(random_wander.x_values, random_wander.y_values, s = 15)
plt.show()