python案例：模拟产生万花尺螺旋线（turtle、parser、turtle图像保存为png）

前言

初学python，需要一点有趣的案例。同时，细节功能足够，且不难明了。
这里提供一个模拟产生万花尺螺环线的程序。
如果您对万花尺不了解，科普内容可见：https://www.bilibili.com/video/BV1w7411q7xH/

您可以将以下代码全文拷贝过去，运行一下。然后再具体看注解。
鉴于我在代码中，已经注解的很详细了。所以就不在正文中多说了。

代码全文

'''
名称：spiroAnimator.py
功能：模拟产生万花尺螺旋线。 科普内容可见：https://www.bilibili.com/video/BV1w7411q7xH/
使用方法：
1：可以不用输入任何参数，直接运行此程序。将展示随机万花尺螺环图形。
2：可以使用parser解析器输入参数，生成指定图形。具体方法举例如下：1）将本程序复制到pycharm。2）在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 88 0.44  。From：@小小脚色008
Date：2021-11-4
'''# 导入库函数
import random, argparse, math, turtle
from PIL import Image
from datetime import datetime# Spiro类：绘制一个图形
class Spiro:# constructor  init初始化部分，在创建实例对象时会自动执行。def __init__(self, xc, yc, col, R, r, l):# 创建turtle对象。turtle光标。self.t = turtle.Turtle()self.t.shape('turtle')self.step = 5  # 步长5度。self.drawingComplete = False  # 完成绘制标识self.setparams(xc, yc, col, R, r, l)self.restart()# 类中的self是对其实例化的意思，平时照用即可。https://blog.csdn.net/weixin_50123771/article/details/108960333def setparams(self, xc, yc, col, R, r, l):self.xc = xcself.yc = ycself.col = colself.R = int(R)  # 像素点为整数。self.r = int(r)self.l = l# 确定循环截止条件。r/R约分后的分子，就是 圈数，再多就重复了。# 比如，若R=100，r=50，则只1圈即可。gcdVal = math.gcd(self.r, self.R)self.nRot = self.r // gcdValself.k = r / float(R)self.a = 0# 设置颜色self.t.color(*col)def restart(self):self.drawingComplete = Falseself.t.showturtle()self.t.penup()R, k, l = self.R, self.k, self.l  # R,k,l本函数自用。a = 0.00  # 弧度值x = R * ((1 - k) * math.cos(a) + l * k * math.cos((1 - k) * a / k))y = R * ((1 - k) * math.sin(a) - l * k * math.sin((1 - k) * a / k))self.t.setpos(self.xc + x, self.yc + y)self.xl = self.xc + xself.yl = self.yc + y  # 使用xl，yl保存当前循环上一个的光标位置。用于计算光标方向。self.t.pendown()def draw(self):# 连续绘制。R, k, l = self.R, self.k, self.lfor i in range(0, 360 * self.nRot + 1, self.step):a = math.radians(i)  # 弧度值x = R * ((1 - k) * math.cos(a) + l * k * math.cos((1 - k) * a / k))y = R * ((1 - k) * math.sin(a) - l * k * math.sin((1 - k) * a / k))self.t.setpos(self.xc + x, self.yc + y)# 确定绘制完成之后，才能隐藏光标。self.t.hideturtle()def update(self):# 单步执行绘制，非连续。if self.drawingComplete:return  # 若绘制完成标识为真，则不再执行此函数，直接跳出。self.a += self.stepR, k, l = self.R, self.k, self.la = math.radians(self.a)  # 弧度值x = R * ((1 - k) * math.cos(a) + l * k * math.cos((1 - k) * a / k))y = R * ((1 - k) * math.sin(a) - l * k * math.sin((1 - k) * a / k))self.t.setpos(self.xc + x, self.yc + y)# 计算光标朝向atan2 = math.atan2((self.yc + y - self.yl), (self.xc + x - self.xl))  # 两个坐标点的tan值deg = math.degrees(atan2)  # 角度值,算法： https://blog.csdn.net/JohinieLi/article/details/81041550# self.t.setheading(deg)  # 设置光标方向功能，比较耗时。导致图画太慢了。 且画面乱、不美观，所以屏蔽此句代码。self.xl = self.xc + xself.yl = self.yc + y  # 使用xl，yl保存当前循环上一个的光标位置。用于计算光标方向。if self.a >= 360 * self.nRot:self.drawingComplete = Trueself.t.hideturtle()def clear(self):self.t.clear()# 螺环动画类
class SpiroAnimator:# conductordef __init__(self, N):self.deltaT = 1  # △t=10msself.width = turtle.window_width()self.height = turtle.window_height()  # 海龟画布的宽度、高度，存下来。# 创建对象self.spiros = []  # 空列表，用来存储 Spiro成员类的实例对象。for i in range(N):rparams = self.genRandomParams()spiro = Spiro(*rparams)self.spiros.append(spiro)  # 对象存入列表turtle.ontimer(self.update, self.deltaT)  # 定时调用 update函数。def restart(self):for spiro in self.spiros:# 清空，重新设置随机参数后，再次启动。spiro.clear()rparams = self.genRandomParams()spiro.setparams(*rparams)spiro.restart()def genRandomParams(self):width, height = self.width, self.heightR = random.randint(50, min(width, height) // 2)r = random.randint(10, 9 * R // 10)l = random.uniform(0.1, 0.9)xc = random.randint(-width // 2, width // 2)yc = random.randint(-height // 2, height // 2)col = (random.random(), random.random(), random.random())return (xc, yc, col, R, r, l)def update(self):nComplete = int(0)  # 动画绘图完成标识。for spiro in self.spiros:spiro.update()  # 调用成员类的update函数，让画笔走一步，只走一步。if spiro.drawingComplete:nComplete += 1if nComplete >= len(self.spiros):saveDrawing()  # 画完可以保存一下。毕竟还挺漂亮。self.restart()turtle.ontimer(self.update, self.deltaT)  # 形成自循环，直到四个图全部画完。#此处update函数作为传参，不能带括号。# 转换光标可见状态def toggleTurtles(self):for spiro in self.spiros:if spiro.t.isvisible():spiro.t.hideturtle()else:spiro.t.showturtle()# 保存图像函数.
'''
函数功能：将turtle图片保存。实现方法，先用自带的getscreen函数将turtle保存为eps格式，然后用PIL库将之转为png格式。
难点：电脑中必须安装Ghostscript，否则会报错。安装方法为：
1、官网下载https://www.zhihu.com/question/20585795/answer/15575381 。如果不翻墙，下载速度会很慢。
2、安装后，到电脑系统环境变量界面，将Path变量编辑，增加一个变量。比如，我增加的是 C:\Program Files\gs\gs9.55.0\bin
'''def saveDrawing():turtle.hideturtle()  # 为了美观，隐藏光标。dateStr = datetime.now().strftime('%Y%m%d-%H%M%S')  # 使用datetime库，获取当前时间并格式化。fileName = 'spiro-' + dateStrprint('图片已保存为%s.eps/png' % fileName)# 首先，生成eps文件 .将turtle图片保存为eps，这是常规做法。img = turtle.getscreen()canvas = img.getcanvas()canvas.postscript(file=fileName + '.eps')# 使用PIL库的Image函数，将eps转为png格式。此处电脑中必须安装Ghostscript，否则会报错。# 官网下载，如不翻墙，速度较慢。这里分享一个我下载的版本。链接: https://caiyun.139.com/m/i?1A5CwCxV0HS5Y  提取码:QB9Himage = Image.open(fileName + '.eps')image.save(fileName + '.png', 'png')# 保存完毕后，恢复光标显示。turtle.showturtle()# main函数
def main():print('万花尺螺环线正在生成中……')# 使用parser解释器进行数据交互。descStr = '''名称：spiroAnimator.py功能：模拟产生万花尺螺旋线。 科普内容可见：https://www.bilibili.com/video/BV1w7411q7xH/使用方法：1：可以不用输入任何参数，直接运行此程序。将展示随机万花尺螺环图形。2：可以使用parser解析器输入参数，生成指定图形。具体方法举例如下：1）将本程序复制到pycharm。2）在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 88 0.44  。From：@小小脚色008Date：2021-11-4'''parser = argparse.ArgumentParser(description=descStr)parser.add_argument('--sparams', nargs=3, type=float, dest='sparams', required=False,help='三个输入参数为：R，r，l。其中，R为大圆半径，r为小圆半径，l为小孔到小圆圆心的距离与r的比值')# parser解释器的参数示意参见https://docs.python.org/zh-cn/3/library/argparse.html 。# 上一段添加参数的意思大约是：您可以以'--sparams'为名，添加3个数值。当然，您也可以不添加，不强制要求。# 比如，您可以在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 100 0.9# 您也可以设置Parmmeters栏为空，什么也不输入。args = parser.parse_args()# 对turtle模块的画布进行设置。（turtle分为画布和光标两个大类）turtle.setup(width=0.99, height=0.99)turtle.shape('turtle')turtle.title('Spirograph')turtle.onkey(saveDrawing, "s")  # 创建事件：当用户按下s键，将保存图片。 #注意，onkey此时，被调用函数名称不带（）。turtle.listen()turtle.hideturtle()  # 画布上最原始的光标，没用处，隐藏起来。# 检查用户是否输入信息。比如，输入 --sparams 300 100 0.9if args.sparams:  # 此处，args.sparams 用到了上文添加参数时的dest。这是对象的属性名设置。# 如果有参数输入，则应该绘制指定的螺环线。params = [float(x) for x in args.sparams]col = (0.0, 0.0, 0.0)  # 此元组规定了曲线的RGB颜色。此处默认为黑色。spiro = Spiro(0, 0, col, *params)  # 此时创建实例对象，同时执行Spiro类的init初始化部分代码。spiro.draw()  # 调用draw方法，开始绘制。else:# 用户无指定参数输入时，随机绘制螺环图形。spiroAnim = SpiroAnimator(4)  # 特意创建一个SpiroAnimator管理此事，此时Spiro类是它的成员类。turtle.onkey(spiroAnim.toggleTurtles, "t")  # 按下t按键，则光标转换turtle.onkey(spiroAnim.restart, "space")  # 按下空格键，则清空图形。turtle.mainloop()  # turtle画布保持，不关闭。if __name__ == '__main__':main()

parser的使用

parser解释器用于cmd交互、输入参数。
但如果我只是为了测试，不想用cmd窗口输入命令怎么办？
具体方法举例如下：
1）将本程序复制到pycharm。
2）在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 88 0.44 。

接下来的问题是，如果我想用cmd输入命令怎么办？
我使用cmd失败了，使用anaconda命令行窗口，成功了。

转换盘符到D盘时，直接D:
然后在具体cd到文件夹路径。

turtle图像保存为png格式

turtle图像如何保存为png格式？
第一步，，生成eps文件 .将turtle图片保存为eps，这是常规做法。
第二步，使用PIL库的Image函数，将eps转为png格式。此处电脑中必须安装Ghostscript，否则会报错。
官网下载，如不翻墙，速度较慢。这里分享一个我下载的版本。链接: https://caiyun.139.com/m/i?1A5CwCxV0HS5Y 提取码:QB9H
第三步，安装后，到电脑系统环境变量界面，将Path变量编辑，增加一个变量。比如，我增加的是 C:\Program Files\gs\gs9.55.0\bin。

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名称：spiroAnimator.py
功能：模拟产生万花尺螺旋线。 科普内容可见：https://www.bilibili.com/video/BV1w7411q7xH/
使用方法：
1：可以不用输入任何参数，直接运行此程序。将展示随机万花尺螺环图形。
2：可以使用parser解析器输入参数，生成指定图形。具体方法举例如下：1）将本程序复制到pycharm。2）在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 88 0.44  。From：@小小脚色008
Date：2021-11-4
'''# 导入库函数
import random, argparse, math, turtle
from PIL import Image
from datetime import datetime# Spiro类：绘制一个图形
class Spiro:# constructor  init初始化部分，在创建实例对象时会自动执行。def __init__(self, xc, yc, col, R, r, l):# 创建turtle对象。turtle光标。self.t = turtle.Turtle()self.t.shape('turtle')self.step = 5  # 步长5度。self.drawingComplete = False  # 完成绘制标识self.setparams(xc, yc, col, R, r, l)self.restart()# 类中的self是对其实例化的意思，平时照用即可。https://blog.csdn.net/weixin_50123771/article/details/108960333def setparams(self, xc, yc, col, R, r, l):self.xc = xcself.yc = ycself.col = colself.R = int(R)  # 像素点为整数。self.r = int(r)self.l = l# 确定循环截止条件。r/R约分后的分子，就是 圈数，再多就重复了。# 比如，若R=100，r=50，则只1圈即可。gcdVal = math.gcd(self.r, self.R)self.nRot = self.r // gcdValself.k = r / float(R)self.a = 0# 设置颜色self.t.color(*col)def restart(self):self.drawingComplete = Falseself.t.showturtle()self.t.penup()R, k, l = self.R, self.k, self.l  # R,k,l本函数自用。a = 0.00  # 弧度值x = R * ((1 - k) * math.cos(a) + l * k * math.cos((1 - k) * a / k))y = R * ((1 - k) * math.sin(a) - l * k * math.sin((1 - k) * a / k))self.t.setpos(self.xc + x, self.yc + y)self.xl = self.xc + xself.yl = self.yc + y  # 使用xl，yl保存当前循环上一个的光标位置。用于计算光标方向。self.t.pendown()def draw(self):# 连续绘制。R, k, l = self.R, self.k, self.lfor i in range(0, 360 * self.nRot + 1, self.step):a = math.radians(i)  # 弧度值x = R * ((1 - k) * math.cos(a) + l * k * math.cos((1 - k) * a / k))y = R * ((1 - k) * math.sin(a) - l * k * math.sin((1 - k) * a / k))self.t.setpos(self.xc + x, self.yc + y)# 确定绘制完成之后，才能隐藏光标。self.t.hideturtle()def update(self):# 单步执行绘制，非连续。if self.drawingComplete:return  # 若绘制完成标识为真，则不再执行此函数，直接跳出。self.a += self.stepR, k, l = self.R, self.k, self.la = math.radians(self.a)  # 弧度值x = R * ((1 - k) * math.cos(a) + l * k * math.cos((1 - k) * a / k))y = R * ((1 - k) * math.sin(a) - l * k * math.sin((1 - k) * a / k))self.t.setpos(self.xc + x, self.yc + y)# 计算光标朝向atan2 = math.atan2((self.yc + y - self.yl), (self.xc + x - self.xl))  # 两个坐标点的tan值deg = math.degrees(atan2)  # 角度值,算法： https://blog.csdn.net/JohinieLi/article/details/81041550# self.t.setheading(deg)  # 设置光标方向功能，比较耗时。导致图画太慢了。 且画面乱、不美观，所以屏蔽此句代码。self.xl = self.xc + xself.yl = self.yc + y  # 使用xl，yl保存当前循环上一个的光标位置。用于计算光标方向。if self.a >= 360 * self.nRot:self.drawingComplete = Trueself.t.hideturtle()def clear(self):self.t.clear()# 螺环动画类
class SpiroAnimator:# conductordef __init__(self, N):self.deltaT = 1  # △t=10msself.width = turtle.window_width()self.height = turtle.window_height()  # 海龟画布的宽度、高度，存下来。# 创建对象self.spiros = []  # 空列表，用来存储 Spiro成员类的实例对象。for i in range(N):rparams = self.genRandomParams()spiro = Spiro(*rparams)self.spiros.append(spiro)  # 对象存入列表turtle.ontimer(self.update, self.deltaT)  # 定时调用 update函数。def restart(self):for spiro in self.spiros:# 清空，重新设置随机参数后，再次启动。spiro.clear()rparams = self.genRandomParams()spiro.setparams(*rparams)spiro.restart()def genRandomParams(self):width, height = self.width, self.heightR = random.randint(50, min(width, height) // 2)r = random.randint(10, 9 * R // 10)l = random.uniform(0.1, 0.9)xc = random.randint(-width // 2, width // 2)yc = random.randint(-height // 2, height // 2)col = (random.random(), random.random(), random.random())return (xc, yc, col, R, r, l)def update(self):nComplete = int(0)  # 动画绘图完成标识。for spiro in self.spiros:spiro.update()  # 调用成员类的update函数，让画笔走一步，只走一步。if spiro.drawingComplete:nComplete += 1if nComplete >= len(self.spiros):saveDrawing()  # 画完可以保存一下。毕竟还挺漂亮。self.restart()turtle.ontimer(self.update, self.deltaT)  # 形成自循环，直到四个图全部画完。#此处update函数作为传参，不能带括号。# 转换光标可见状态def toggleTurtles(self):for spiro in self.spiros:if spiro.t.isvisible():spiro.t.hideturtle()else:spiro.t.showturtle()# 保存图像函数.
'''
函数功能：将turtle图片保存。实现方法，先用自带的getscreen函数将turtle保存为eps格式，然后用PIL库将之转为png格式。
难点：电脑中必须安装Ghostscript，否则会报错。安装方法为：
1、官网下载https://www.zhihu.com/question/20585795/answer/15575381 。如果不翻墙，下载速度会很慢。
2、安装后，到电脑系统环境变量界面，将Path变量编辑，增加一个变量。比如，我增加的是 C:\Program Files\gs\gs9.55.0\bin
'''def saveDrawing():turtle.hideturtle()  # 为了美观，隐藏光标。dateStr = datetime.now().strftime('%Y%m%d-%H%M%S')  # 使用datetime库，获取当前时间并格式化。fileName = 'spiro-' + dateStrprint('图片已保存为%s.eps/png' % fileName)# 首先，生成eps文件 .将turtle图片保存为eps，这是常规做法。img = turtle.getscreen()canvas = img.getcanvas()canvas.postscript(file=fileName + '.eps')# 使用PIL库的Image函数，将eps转为png格式。此处电脑中必须安装Ghostscript，否则会报错。# 官网下载，如不翻墙，速度较慢。这里分享一个我下载的版本。链接: https://caiyun.139.com/m/i?1A5CwCxV0HS5Y  提取码:QB9Himage = Image.open(fileName + '.eps')image.save(fileName + '.png', 'png')# 保存完毕后，恢复光标显示。turtle.showturtle()# main函数
def main():print('万花尺螺环线正在生成中……')# 使用parser解释器进行数据交互。descStr = '''名称：spiroAnimator.py功能：模拟产生万花尺螺旋线。 科普内容可见：https://www.bilibili.com/video/BV1w7411q7xH/使用方法：1：可以不用输入任何参数，直接运行此程序。将展示随机万花尺螺环图形。2：可以使用parser解析器输入参数，生成指定图形。具体方法举例如下：1）将本程序复制到pycharm。2）在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 88 0.44  。From：@小小脚色008Date：2021-11-4'''parser = argparse.ArgumentParser(description=descStr)parser.add_argument('--sparams', nargs=3, type=float, dest='sparams', required=False,help='三个输入参数为：R，r，l。其中，R为大圆半径，r为小圆半径，l为小孔到小圆圆心的距离与r的比值')# parser解释器的参数示意参见https://docs.python.org/zh-cn/3/library/argparse.html 。# 上一段添加参数的意思大约是：您可以以'--sparams'为名，添加3个数值。当然，您也可以不添加，不强制要求。# 比如，您可以在pycharm的 Run菜单下，找到Edit Configurations菜单。选择对应程序（此时是spiro.py),在Parmmeters栏中输入 --sparams 300 100 0.9# 您也可以设置Parmmeters栏为空，什么也不输入。args = parser.parse_args()# 对turtle模块的画布进行设置。（turtle分为画布和光标两个大类）turtle.setup(width=0.99, height=0.99)turtle.shape('turtle')turtle.title('Spirograph')turtle.onkey(saveDrawing, "s")  # 创建事件：当用户按下s键，将保存图片。 #注意，onkey此时，被调用函数名称不带（）。turtle.listen()turtle.hideturtle()  # 画布上最原始的光标，没用处，隐藏起来。# 检查用户是否输入信息。比如，输入 --sparams 300 100 0.9if args.sparams:  # 此处，args.sparams 用到了上文添加参数时的dest。这是对象的属性名设置。# 如果有参数输入，则应该绘制指定的螺环线。params = [float(x) for x in args.sparams]col = (0.0, 0.0, 0.0)  # 此元组规定了曲线的RGB颜色。此处默认为黑色。spiro = Spiro(0, 0, col, *params)  # 此时创建实例对象，同时执行Spiro类的init初始化部分代码。spiro.draw()  # 调用draw方法，开始绘制。else:# 用户无指定参数输入时，随机绘制螺环图形。spiroAnim = SpiroAnimator(4)  # 特意创建一个SpiroAnimator管理此事，此时Spiro类是它的成员类。turtle.onkey(spiroAnim.toggleTurtles, "t")  # 按下t按键，则光标转换turtle.onkey(spiroAnim.restart, "space")  # 按下空格键，则清空图形。turtle.mainloop()  # turtle画布保持，不关闭。if __name__ == '__main__':main()