【python】小学生都能学会的用python可视化模拟新冠疫情发展Ergou's Space-c++代码编写新冠确诊/死亡数排序

【python】利用turtle库可视化模拟新冠疫情

关键词： python入门实践 少年编程教育 turtle 类与对象 新冠肺炎模拟

基础版：模拟新冠疫情爆发早期，新冠病毒刚开始出现

1. 面向对象：设计人的类应有的方法和属性
   • 属性：
     • 健康状态 status，分为健康和患病
     • 此时人们没有在意健康问题，都不戴口罩
   • 方法
     • __init__：定义对象的属性
     • move：人的随机运动
     • infect：健康人与患者距离小于50，则有50%的概率感染
2. 画布尺寸：设置人员位置，活动范围
3. 实现病毒的传播，即新冠肺炎可以由患者传染给健康的人

类的相关代码

# 相关类库的导入 import math import random import turtle import time import datetime  # 有关参数的定义 TOTAL_W = 500 #模拟场地总宽度 TOTAL_H = 400 #模拟场地总高度 DANGER_DIS = 50 #传染距离 RATE = 0.5 #传染率 class person(object): def __init__(self,status):         self.turt = turtle.Turtle()         self.turt.shape('circle') # 健康状态，1 为确诊 0 为健康         self.status = status         if self.status == 1:             self.turt.color("red") else:             self.turt.color("green") #随机定义该点的位置         self.x = random.randint(-TOTAL_W*0.9,TOTAL_W*0.9)         self.y = random.randint(-TOTAL_H*0.9,TOTAL_H*0.9)                  self.turt.penup()         self.turt.goto(self.x,self.y) def move(self):         dx = random.randint(-2, 2)         dy = random.randint(-2, 2) if - TOTAL_W*0.9 < self.x + dx < TOTAL_W*0.9:             self.x+=dx         else:             self.x-=dx         if - TOTAL_W*0.9 < self.y + dy < TOTAL_W*0.9:             self.y+=dx         else:             self.y-=dy         #如果他们超出了边界就会往回走         self.turt.penup()         self.turt.goto(self.x, self.y) def infect(self,rate):         x = random.randrange(0,100) # 根据传入的感染率的参数 if x/100 < rate:             self.status = 1 #此人被感染             self.turt.color('red') def reset(self):         self.turt.penup()         self.turt.setpos(self.pos) 

运行截图

进阶版：模拟新冠疫情爆发初期，民众防疫意识加强，开始佩戴口罩

1. 面向对象：为人的类person添加新的方法和属性

   • 属性：

     • 类属性total_num：实验总人数

     • 类属性infected_num：感染人数

     • 实例属性 status，表示该对象的健康状态，分为健康和患病

     • 实例属性 mask，表示该个体是否佩戴口罩，分为佩戴口罩和不佩戴口罩

       此时人们开始关注新冠疫情，部分人开始佩戴口罩。
       佩戴口罩可以有效降低感染率（以下数据为主观猜测，未经验证和校对）
       具体情况如下：

       患者是否佩戴口罩	健康人是否佩戴口罩	健康人的感染率
       佩戴	佩戴	1 %
       佩戴	不佩戴	15 %
       不佩戴	佩戴	30 %
       不佩戴	不佩戴	80 %

   • 方法

     • __init__：定义对象的属性
     • move：人的随机运动
     • infect：健康人与患者距离小于50，则有根据他们是否佩戴口罩，有不同的概率感染

2. turtle标题可以显示当前天数和感染人数

3. 引入天数的概念

类的相关代码

# 相关类库的导入 import math import random import turtle import time import datetime  # 有关参数的定义 TOTAL_W = 500 #模拟场地总宽度 TOTAL_H = 400 #模拟场地总高度 DANGER_DIS = 50 #传染距离 class person(object): #类属性     infected_num = 0     total_num = 0 def __init__(self,status,mask):         person.total_num += 1         self.turt = turtle.Turtle() # 是否带口罩，1圆形 为戴口罩/0方形 为不戴口罩，         self.mask = mask         if self.mask == 1:            self.turt.shape('circle') elif self.mask == 0:            self.turt.shape('square') # 健康状态，1 为确诊/0 为健康         self.status = status         if self.status == 1:             self.turt.color("red")             self.infected_day = 0             person.infected_num += 1 else:             self.turt.color("green") #随机定义该点的位置         self.x = random.randint(-TOTAL_W*0.9,TOTAL_W*0.9)         self.y = random.randint(-TOTAL_H*0.9,TOTAL_H*0.9)                  self.turt.penup()         self.turt.goto(self.x,self.y) def move(self):         dx = random.randint(-2, 2)         dy = random.randint(-2, 2) if - TOTAL_W*0.9 < self.x + dx < TOTAL_W*0.9:             self.x+=dx         else:             self.x-=dx         if - TOTAL_W*0.9 < self.y + dy < TOTAL_W*0.9:             self.y+=dx         else:             self.y-=dy         #如果他们超出了边界就会往回走         self.turt.penup()         self.turt.goto(self.x, self.y) def infect(self,rate):         x = random.randrange(0,100) if x/100 < rate:             self.status = 1 #此人被感染             self.infected_day = 0 #有了感染天数，且变为0             self.turt.color('red')             person.infected_num+=1 #感染人数+1 def day(self): if self.status == 1:             self.infected_day += 1 

运行截图

高阶版：模拟新冠疫情爆发中期，人们逐渐了解肺炎的相关性质（潜伏、死亡等）

1. 面向对象：引入潜伏期和患病天数的概念，引入死亡的概念

   • 属性：

     • 类属性total_num：实验总人数

     • 类属性infected_num：感染人数

     • 实例属性 status，表示该对象的健康状态，分为健康、潜伏、确诊

     • 实例属性 infected_day，表示患病天数，当患病天数大于4天后有一定概率由潜伏转变为确诊，大于7天有一定概率死亡

     • 实例属性 mask，表示该个体是否佩戴口罩，分为佩戴口罩和不佩戴口罩

       此时人们开始关注新冠疫情，部分人开始佩戴口罩。
       佩戴口罩可以有效降低感染率（以下数据为主观猜测，未经查证）
       具体情况如下：

       患者是否佩戴口罩	健康人是否佩戴口罩	健康人的感染率
       佩戴	佩戴	1 %
       佩戴	不佩戴	15 %
       不佩戴	佩戴	30 %
       不佩戴	不佩戴	80 %

   • 方法

     • __init__：定义对象的属性
     • move：人的随机运动，但是健康患者不会到隔离区，确诊患者只会在隔离区
     • infect：健康人与患者距离小于50，则有根据他们是否佩戴口罩，有不同的概率感染
     • day：如果这个人已患病，则调用这个函数其患病天数+1，当患病天数大于最短潜伏期后，一定概率转为确诊，大于最短死亡期后，一定概率死亡

2. turtle标题可以显示当前天数、感染人数、死亡人数、总人数

类的相关代码

# 相关类库的导入 import math import random import turtle import time import datetime   class person(object): #类属性     infected_num = 0     total_num = 0     dead_num = 0 def __init__(self,status,mask):         person.total_num += 1         self.turt = turtle.Turtle() # 是否带口罩，1为戴口罩 圆形/0为不戴口罩 方形         self.mask = mask         if self.mask == 1:            self.turt.shape('circle') elif self.mask == 0:            self.turt.shape('square') # 健康状态，2 为确诊 红色/1 为潜伏 黄色/0 为健康 绿色          self.status = status         if self.status == 2:             self.infected_day = 0             person.infected_num += 1             self.turt.color("red") elif self.status == 1:             self.infected_day = 0             person.infected_num += 1             self.turt.color("yellow") else:             self.turt.color("green") #随机定义该点的位置         self.x = random.randint(-TOTAL_W*0.9,TOTAL_W*0.9)         self.y = random.randint(-TOTAL_H*0.9,TOTAL_H*0.9)                  self.turt.penup()         self.turt.goto(self.x,self.y) def move(self):         dx = random.randint(-2, 2)         dy = random.randint(-2, 2) if - TOTAL_W*0.9 < self.x + dx < TOTAL_W*0.9:             self.x+=dx         else:             self.x-=dx         if - TOTAL_W*0.9 < self.y + dy < TOTAL_W*0.9:             self.y+=dx         else:             self.y-=dy         #如果他们超出了边界就会往回走         self.turt.penup()         self.turt.goto(self.x, self.y) def infect(self,rate):         x = random.randrange(0,100) if x/100 < rate:             self.status = 1 #此人的状态进入潜伏期             self.infected_day = 0 #有了感染天数，且变为0             self.turt.color('yellow')             person.infected_num+=1 def day(self): if self.status > 0: if self.infected_day >= 7:                 x = random.randrange(0,100) if x/100 < DEATH_Rate: #死亡率为5% #确定死亡时返回某个值 return -1 if self.status == 1:             self.infected_day += 1 if self.infected_day >= 4:                 x = random.randrange(0,100) if x/100 < Diagnose_Rate:                     self.status = 2                     self.turt.color('red') return 0 def dead(self): # 死亡以后颜色变为灰色         self.turt.color('gray')         person.total_num -= 1         person.dead_num += 1 if self.status>0:             person.infected_num -= 1 def __del__(self):         person.total_num -= 1 if self.status>0:             person.infected_num -= 1 

运行截图：

思路启发：

• 治愈功能
• 免疫功能
• 隔离功能
• 新冠肺炎和年龄相关，是否加入年龄的属性
• 是否加入性别

注意问题：

• python的turtle库进行模拟，因为极其耗费CPU，计算量太多了，有些功能不好实现，看下面的例子

【已经失败】最终版：模拟新冠疫情爆发后期，政府开始组织治疗、隔离

1. 面向对象：引入隔离状态和免疫

   • 属性：

     • 类属性total_num：实验总人数

     • 类属性infected_num：感染人数

     • 类属性dead_num：死亡人数

     • 类属性isolated_num：隔离人数

     • 实例属性 status，表示该对象的健康状态，分为健康、潜伏、确诊、免疫

       认为康复的人具备对新冠肺炎的抵抗力（仅为主观猜测，未查找相关资料求证）

     • 实例属性 infected_day，表示患病天数，当患病天数大于4天后有一定概率由潜伏转变为确诊，大于7天有一定概率死亡

     • 实例属性isolated，表示该对象是否被隔离，一旦确诊立刻送往隔离

     • 实例属性 mask，表示该个体是否佩戴口罩，分为佩戴口罩和不佩戴口罩

       此时人们开始关注新冠疫情，部分人开始佩戴口罩。
       佩戴口罩可以有效降低感染率（以下数据为主观猜测，未经验证和校对）
       具体情况如下：

       患者是否佩戴口罩	健康人是否佩戴口罩	健康人的感染率
       佩戴	佩戴	1 %
       佩戴	不佩戴	15 %
       不佩戴	佩戴	30 %
       不佩戴	不佩戴	80 %

   • 方法

     • __init__：定义对象的属性，但是起始状态健康的人不会出现在隔离区
     • move：人的随机运动，但是健康患者不会到隔离区，确诊患者只会在隔离区内
     • infect：健康人与患者距离小于50，则有根据他们是否佩戴口罩，有不同的概率感染
     • day：如果这个人已患病，则调用这个函数其患病天数+1，当患病天数大于最短潜伏期后，一定概率（诊断率）转为确诊，大于最短死亡期后，一定概率（死亡率）死亡
     • isolated：如果此人确诊，则立即送往隔离区域
     • heal：对隔离区患者进行治疗，如果治疗成功则变为免疫状态

2. 分配隔离区域为左上区域

3. 编程失败，隔离功能没法写，CPU效率不够，会直接卡死

如有帮助，欢迎/转载~
（听说给文章的人代码bug特别少👀）
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