1.3 编程知识点

（1）turtle库

turtle库是Python入门级的图形绘制函数库，是Python自带的标准库之一。使用turtle库绘图，可以想象有一只海龟在画布上移动，默认初始位置在画布的正中心，海龟走过的轨迹就形成了绘制的图形。移动的海龟由程序控制，可以变换颜色、宽度、大小、位置、方向等。

用import调用turtle库可以有三种形式：

第一种直接用“import+turtle”导入turtle库，如图1-3所示。后续使用turtle库时，需要使用turtle库名。如果回车以后没有错误提示，则表示导入库成功。

第二种用“import+turtle+as+别名”导入turtle库，如图1-4所示，在后续使用turtle库时，可以直接用别名代替。如果回车以后没有错误提示，则表示导入库成功。

第三种用“from+库名+import*”导入turtle库，from import方式导入turtle库如图1-5所示，后续使用这个库里的函数或方法时，不需要再说明库名称。如果回车以后没有错误提示，表示导入库成功。

（2）画布的坐标系

turtle库画图的平面被称为画布（canvas），原点（0，0）在画布的正中央，即1/2画布高、1/2画布宽的位置。以画布中央的点为原点（0，0），建立一个横轴为x轴、纵轴为y轴的坐标系，小海龟画笔在画布上移动的位置，就可以在这个直角坐标系中确定下来，如图1-6所示。

在画布中，坐标（x，y）的单位是像素。这个单位与液晶显示屏的尺寸及分辨率有关。屏幕越大，分辨率越小，像素代表的实际尺寸越大。

在画布中，点（20，-30）的位置在画布的右下角，即第4象限，距离y轴20像素，距离x轴30像素。

（3）移动画笔函数goto（）

画笔的默认位置在画布中央。在turtle画布中，使用函数goto（）可以移动画笔到指定位置。

移动画笔位置的程序代码如图1-7所示，导入turtle库，别名为pic，分别按顺序调用了4次turtle库中的函数goto（）。最初，画笔在原点（0，0）的位置上，使用函数goto（100，100）将画笔从原点移动到了第1象限的（100，100）位置上；然后使用函数goto（-100，50）将画笔移动到了第2象限的（-100，50）位置上，再使用函数goto（-50，-50）将画笔移动到了第3象限的（-50，-50）位置，最后使用函数goto（50，-100）将画笔移动到了第4象限的（50，-100）位置。程序运行结果为如图1-8所示的画笔运行轨迹（黑色部分）。

（4）画点函数dot（）

在turtle库中，用来画点的函数为dot（）。点最重要的属性就是位置，这和几何里点的属性一样。在几何里，点没有大小和颜色；但使用turtle库的画点函数时，点是可以指定大小和颜色的。格式为：

如dot（5，“green”）就是画一个直径为5的绿点。直接用dot（），不指定任何参数时，点的直径的默认大小是max（画笔宽度+4，2×画笔宽度），颜色是黑色。

画4个点的程序代码如图1-9所示。导入turtle库，别名为pic，分别按顺序调用4次turtle库中的函数dot（）。这里没有使用函数goto（）移动画笔的位置，所以画笔一直在原点（0，0）处。

dot（100，“orange”）以原点为中心，画一个直径为100像素的橙色的点；dot（50，“red”）以原点为中心，画一个直径为50像素的红色的点；dot（10，“purple”）以原点为中心，画一个直径为10像素的紫色的点；pic.dot（）以原点为中心，画一个默认大小的黑点。运行这段程序，得到的图形如图1-10所示。

（5）抬笔函数penup（）和落笔函数pendown（）

在（0，0）、（50，0）、（100，0）处分别画三个点，代码如图1-11所示。画笔的初始位置在（0，0）处，调用函数dot（）画一个默认大小的黑点；然后使用函数goto（50，0）将画笔挪到第二个点的位置，画同样的点；最后使用函数goto（100，0）将画笔挪到第三个点的位置，画一个同样的点。

程序运行结果如图1-12所示。

如果我们只想画三个点，不想呈现画笔移动的轨迹，该怎么办呢？画点的时候，使用落笔函数pendown（），移动画笔的时候使用抬笔函数penup（），程序代码如图1-13所示。在原点画一个点后，使用函数penup（）抬笔，将画笔移动到（50，0）位置上，此时由于画笔处于“抬起”的状态，画笔并不留下移动痕迹。在位置（50，0）画第2个点之前，使用函数pendown（）落笔。画第3个点也如此操作。程序运行结果如图1-14所示。

（6）for循环

在上面画3个点的示例中，调用函数dot（）三次，调用函数goto（）、落笔函数pendown（）、抬笔函数penup（）各两次。如果画很多点，就要重复很多次上面的代码，非常烦琐。对于这种有规律可循的动作，用循环语句实现可以大大简化编程复杂度。

比如，在画三个点的程序中，使用for循环来简化代码，如图1-15所示。需要画的点数越多，代码的简化量越大。

在for循环中，执行的动作包括抬笔penup（）、移动画笔goto（）、落笔pendown（）、画点dot（）4个动作。虽然在图1-15的左图中，由于在原点处画第1个点，没有抬笔、移动画笔、落笔的动作，但为了实现循环，在画笔初始位置画点时同样加上抬笔、移动到原点、落笔的动作。

在函数range（3）中确定了for循环的次数。range（3）相当于0，1，2三个数，i依次从这三个数中取值。变量x是为了依次生成3个点的坐标位置。这3个点在x轴上，间距是50像素。

（7）随机数

在Python中产生随机数需要调用random库。randint（）函数用于随机生成一个指定范围内的整数。如randint（a，b）生成[a，b]之间包括a和b的整数，其中a≤b。

默认画布的长为400像素，高为300像素。为了在画布上生成一个点的随机位置，可以使用函数randint（）生成坐标和直径。x可以在[-200，200]中随机选取，y可以在[-150，150]中随机选取。点的直径d可以在[1，50]中随机选取。

randint（-200，200）、randint（-150，150）、randint（1，50）生成的数如图1-16所示。每次运行这些函数时，生成的整数是不一样的。