10 Project 1: Erste Schritte in Python
Animation
In den Projekten werden sie nicht nur statische Objekte, sondern auch physikalische
Prozesse darstellen, die eine Zeitkomponente haben. Wir brauchen also eine
Animation. Einer der groten Vorteile von VPython ist, dass das Erstellen von
Animationen so einfach ist.
Aufgabe: Erstellen Sie eine kleine Box nahe x = 5
und bezeichnen sie diese
als movingBox. Dann f¨ugen Sie den folgenden Code ein und beobachten Sie, was
passiert:
# Bewegen einer Box in einer geraden Linie
while movingBox.pos.x <5:
rate(50)
movingBox.pos.x += 0.05
Stellen sie sicher, dass Sie die letzten beiden Zeilen einr¨ucken.
Wenn der Code funktioniert, sollte die Box sich durch das Fenster bewegen und
bei x = 5 stoppen. Der Code, der das erreicht, ist eine Schleife (sog. loop), welche
im Allgemeinen einen Codeblock meint, den der Computer wiederholt ausf¨uhrt.
Einige Sprachen nutzen geschweifte Klammern, um zu kennzeichnen, welche Zeilen
des Codes Teil der Schleife sind, aber in Python wird dies angedeutet durch eine
Einr¨uckung. Diese bestimmte Art der Schleife hier beginnt mit dem Wort while
gefolgt von der Bedingung, die wahr sein muss so lange wie die Schleife andauert,
gefolgt von einem Doppelpunkt. Diese Bedingung kann jegliche Vergleichsoperatoren
beinhalten <, >, <=, >=, == ( und != , genauso wie die Boole’schen Operatoren
and, or, und not.
Die beiden einger¨uckten Zeilen selbst erfordern auch eine Erl¨auterung. Die
Erste (rate(50)) sagt dem Computer wie schnell er versuchen soll die Schleife
auszuf¨uhren – in diesem Fall 50 Mal pro Sekunde. Die n¨achste Zeile enth¨alt den
Operator +=, welcher dem Computer sagt, dass er die Zahl rechts zu der Variablen
links addieren soll. Der Befehl x += 42 ist komplett ¨aquivalent zu x = x + 42.
(Gleicherma?en k¨onnen die Operationen -=, *=, und /= benutzen werden.)
Aufgabe: Andern Sie den Parameter ¨ 50 in der Funktion rate zu einer anderen
Zahl und stellen Sie sicher, dass das den erwarteten E?ekt hat.
Aufgabe: F¨ugen Sie eine oder zwei Zeilen zu ihrem Code hinzu, welcher die Bewegung
der Box entlang einer Diagonalen bewirkt, anstatt direkt von links nach
rechts zu wandern. Stellen sie sicher, dass sich die Box nicht zu weit in eine andere
Richtung bewegt bevor die Bewegung stoppt.
Aufgabe: F¨ugen Sie einen Code zu ihrem Programm hinzu, um eine kleine Kugel zu
erzeugen, und dann bewegen sie diese Kugel mit einer gleichm¨a?igen Geschwindigkeit
einmal im Kreis in der xy-Ebene mit dem Ursprung als Zentrum der Drehbewegung.
Project 1: Erste Schritte in Python 11
代做statische Objekt作业、代写Python实验作业、代做Python编程语言作业
Nutzen sie eine Variable mit dem Namen theta f¨ur die Winkel um den Kreis herum
und setzen sie diese Variable zu Null, bevor ihre While-Schleife beginnt. Nutzen
Sie ebenfalls eine Variable mit dem Namen r f¨ur den Kreisradius sowie x und y
f¨ur seine kartesischen Koordinaten. Um x und y zu berechnen, k¨onnen Sie die
trigonometrischen Funktionen cos und sin benutzen, z.B. x = r * cos(theta).
Passen sie auf, denn die trigonometrischen Funktionen gehen davon aus, dass die
Werte, die Sie hier ¨ubergeben in der Einheit Radiant angegeben wird. Behalten
Sie das im Hinterkopf, wenn Sie entscheiden, um wieviel sich Theta ¨andern muss,
w¨ahrend jeder Schleifeniteration und f¨ur die Bedingung, die sie in dem while Befehl
benutzen. F¨ur die eigentliche Bewegung der Kugel in dem Grafikfenster, nutzen sie
einen Befehl in der Form movingSphere.pos = vector(x, y, 0).
Aufgabe: Schauen Sie in der Vpython Dokumentation nach, wie man eine Spur
an ein Objekt anh¨angt (“”attach a trail“”), wenn es sich bewegt. (Benutzen
Sie den einfacheren Parameter make_trail und nicht die kompliziertere Funktion
attach_trail .) H¨angen Sie eine Spure mit Punkten an ihre sich bewegende Kugel,
benutzen Sie das Attribut interval, um die Punkte etwas weiter auseinander zu
bringen als voreingestellt.
Aufgabe: : Erinnern Sie sich an die Funktion print? F¨ugen Sie einen entsprechenden
Code ein, um eine passende Nachricht auszugeben, wenn jede ihrer Animationsschleifen
(eine f¨ur die Box, eine f¨ur die Kugel) beendet ist.
12 Project 1: Erste Schritte in Python
Graphen
In der Wissenschaft wollen wir oft ein Ph¨anom nicht im physikalischen Raum visualisieren,
sondern in einer “Raum-Zeit” Dimension, wie Geschwindigkeit usw..
W¨ahrend wir theoretisch ein 3D VPython canvas nutzen k¨onnten, um solch einen
abstrakten Graphen zu erstellen, bietet VPython auch ein Objekt graph, der in der
Regel besser geeignet ist, an.
Als ein Beispiel wollen wir die x und y Position einer sich bewegenden Kugel
als eine Funktion der Zeit in einem Graph darstellen. Es folgt der Code, der den
Graphen einrichtet, wobei die beiden Datens¨atze in verschiedenen Farben gedruckt
werden:
graph(width=400, height=250)
xDots = gdots(color=color.green)
yDots = gdots(color=color.magenta)
Nach diesem Codeblock k¨onnen Sie einen Punkt zu dem Graphen hinzuf¨ugen, indem
sie folgende Zeile hinzuf¨ugen:
xDots.plot(t,x)
und in gleicher Weise mit yDots verfahren.
Aufgabe: F¨ugen Sie den Code, um einen Graphen zu erstellen vor dem bereits existierenden
Code, der die Kugel in einem Kreis bewegt, ein. Des Weiteren f¨ugen Sie
in diesen bereits existierenden Code eine Variable t ein, welche die Zeit repr¨asentiert.
Initialisieren Sie die Variable t gleich Null und erh¨ohen Sie den Wert dieser Variablen
bei jeder Schleifeniteration um 1. Zus¨atzlich f¨ugen Sie in der While-Schleife
die Zeilen ein, die die (t, x) und (t, y) Paare in gr¨un und Magenta drucken. F¨uhren
Sie das Programm aus, um sicher zu gehen, dass alles funktioniert.
Aufgabe: Schauen Sie in der Vpython Dokumentation nach den anderen Attributen
f¨ur das Objekt Graph. Legen Sie dann die Hintergrundfarbe zu wei? fest,
benennen Sie die beiden Achsen passend und geben Sie dem Graph einen Titel.
Achten Sie auf die M¨oglichkeit, wie ein Wertebereich, den der Graph anzeigen soll,
festgelegt werden kann – lassen Sie ihn aber in ihrem aktuellen Graph unspezifiziert,
was einer automatischen Anpassung des Wertebereiches entspricht.
Project 1: Erste Schritte in Python 13
Abschluss
Bevor Sie dieses Projekt einreichen, sehen Sie bitte nochmal ihr eigenes Programm
kritisch durch und stellen Sie sicher, dass es gut strukturiert und einfach zu lesen ist.
Der Code sollte in logische Gruppen eingeteilt und mit hilfreichen Kommentaren
versehen sein. Lassen Sie ihr Programm noch einmal laufen, um zu kontrollieren, ob
auch alles funktioniert und laden sie anschlie end ihre L¨osung als Datei im Format
.ipynb auf ILIAS in den vorgesehenen Ordner des Projekts 1 hoch.
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