Python Turtle庫: 讓海龜畫出你想表達的信息

一、認識Turtle庫

Python的Turtle庫是一個來自於經典Logo語言的Turtle圖形學系統，其使用了一隻可愛的海龜來操作繪畫指令。Turtle庫靈活好用，它能讓用戶利用一系列指令控制筆刷畫出有趣的圖形甚至是像素級地圖，這對於初學者和兒童來說是一個非常有趣的工具，在學習循序漸進地認識程序語言的同時，能夠感受到自己的創造訴求。

import turtle

turtle.forward(100)
turtle.right(90)
turtle.forward(100)
turtle.right(90)
turtle.forward(100)
turtle.right(90)
turtle.forward(100)

turtle.done()

通過上面的代碼，我們可以看到用Turtle庫繪製了一個正方形。其中turtle.forward(100)指的是沿著當前方向向前移動100個像素，turtle.right(90)表示向右旋轉90度。

二、使用Turtle庫進行圖形創作

1. 繪製多邊形

Turtle庫可以繪製基本的圖形，如多邊形和圓形。如果要繪製一個正五邊形，只需按照下面的指令執行：

import turtle

turtle.penup()
turtle.goto(-200,0)
turtle.pendown()

turtle.right(36)
for i in range(5):
    turtle.forward(200)
    turtle.right(72)

turtle.done()

其中，turtle.penup()表示將畫筆抬起，turtle.goto(x, y)表示將畫筆移動到x, y坐標的位置，turtle.pendown()表示將畫筆放下開始繪畫。

turtle.right(36)的作用是將畫筆向右旋轉36度，然後循環五次，每次向前傳入200，向右旋轉72度。

2. 繪製複雜圖案

Turtle庫還能繪製複雜的圖案，例如：太陽花。

import turtle

turtle.speed(0)
turtle.color('red','yellow')

turtle.begin_fill()
while True:
    turtle.forward(200)
    turtle.left(170)
    if abs(turtle.pos())<1:
        break
turtle.end_fill()

turtle.done()

turtle.speed(0)表示指針手動控制。

turtle.color(‘red’, ‘yellow’)表示從紅色畫筆開始，內部填充顏色為黃色。

循環過程中，先向前（200），然後左轉170度，在判斷當前的坐標（abs(turtle.pos())）是否為1，在拐彎的時候判斷當前是否到達初始點（閉環）。

三、Turtle庫的高級應用

1. 創作動態圖形

Turtle庫不僅支持靜態圖形展示，而且可以很簡單地創建動態圖形。比如以下代碼能夠創造出一個有趣的階梯形勢圖。

import turtle

turtle.speed(50)

for i in range(20):
    turtle.penup()
    turtle.goto(-30, -30+(10*i))
    turtle.pendown()
    turtle.goto(-30+(10*i), -30+(10*i))
    turtle.goto(-30+(10*i), -30)

turtle.done()

在這裡，循環中先用turtle.penup()將筆刷抬起，並移動筆刷到新位置。然後用turtle.pendown()將筆刷放下，並畫出對應的線段。

2. 使用Turtle庫創造迷宮

通過Turtle庫，可以使用遞歸的方式簡單的創建一個迷宮.

import turtle
import random

wn = turtle.Screen()
wn.bgcolor("black")

t = turtle.Turtle()
t.speed(0)
t.penup()
t.goto(-200,200)
t.pendown()

def draw_maze(x, y):
    t.color(random.choice(["white", "red", "blue", "green", "yellow"]))

    if (x  199 or y  199):
        return

    t.goto(x,y)
    t.right(90)

    draw_maze(x+10,y)
    draw_maze(x-10,y)
    draw_maze(x,y+10)
    draw_maze(x,y-10)

draw_maze(-190,190)
wn.exitonclick()

在這裡，使用Turtle庫可以很好地演示迷宮結構。

3. 利用Turtle庫進行學術研究實驗

Turtle庫在學術界的拓展應用還很廣泛，在一些領域中得到了很好的應用，如以下代碼可以模擬螞蟻行動路徑。

import turtle

turtle.bgcolor("white")
turtle.speed(0)
turtle.pensize(3)

step = 20 #螞蟻行進距離

for i in range(200):
    if i % 2 == 0:
        turtle.pencolor("red")
    else:
        turtle.pencolor("blue")

    turtle.forward(step)
    turtle.right(68)

turtle.done()

在這個例子中，使用turtle.pencolor()函數來指定線條的顏色，使得螞蟻在運動過程中顏色交替變化。作者們通過這種方式，來研究模擬生物群體行為。

四、結語

Turtle庫是Python語言中一個非常有趣和富有創造性的程序庫，它能夠讓我們用一隻海龜和一些基本的圖形命令創建有趣的繪畫和模擬問答。Turtle庫的高級應用場景還有很多，如更加精細的圖形創作、文化遺產藝術品複製、物理可視化等。因此，在Python編程學習的過程中，Turtle庫作為一個基礎和為之後Python圖形庫系統的學習打下基礎，也是非常有必要的。