Python 的隨機漫步

今天學習了有關Python 的隨機漫步，詳細筆記如下：

我們將使用Python來生成隨機漫步數據，再使用matplotlib將這些數據呈現出來。隨機漫步的路徑是這樣的：每次行走都完全是隨機的，沒有明確的方向，結果是由一系列隨機決策決定的。

1.創建RandomWalk() 類

為模擬隨機漫步，我們將創建一個名為RandomWalk 的類，它隨機地選擇前進方向。這個類需要三個屬性，其中一個是存儲隨機漫步次數的變數，其他兩個是列表，分別存儲隨機漫步經過的每個點的 x 和 y 坐標。

其中RandomWalk 類只包含兩個方法：__init__() 和fill_walk() ，其中後者計算隨機漫步經過的所有點。

為做出隨機決策，我們將所有可能的選擇都存儲在一個列表中，並在每次做決策時都使用choice() 來決定使用哪種選擇。

類RandomWalk()是在random_walk.py模塊中，具體代碼如下：

代碼第7行中num_points存儲的是存儲隨機漫步次數，在這裡設定默認值為5000；

第12和13行代碼中self.x_values和self.y_values這兩個列表裡放的是點的x、y坐標，這裡設定默認是從原點（0,0）開始；

2.選擇方向

我們將使用fill_walk() 來生成漫步包含的點，並決定每次漫步的方向，如下所示。

第19行代碼中我們建立了一個循環，這個循環不斷運行，直到漫步包含所需數量的點。這個方法的主要部分告訴Python如何模擬四種漫步決定：向右走還是向左走？沿指定的方向走多遠？向上走還是向下走？沿選定的方向走多遠？

第21行我們使用choice()函數，choice() 方法返回一個列表，元組或字元串的隨機項，意思就是每次從這個列表裡隨意選一個。

在這裡choice([1, -1]) 給x_direction 選擇一個值，結果要麼是表示向右走的1，要麼是表示向左走的-1。接下來，choice([0, 1, 2, 3, 4]) 隨機地選擇一個0~4之間的整數，告訴Python 沿指定的方向走多遠（x_distance ）。（通過包含0，我們不僅能夠沿兩個軸移動，還能夠沿y 軸移動。）

代碼的23和27行描述步數的計算方法，我們將移動方向乘以移動距離，以確定沿 x 和 y 軸移動的距離。如果x_step 為正，將向右移動，為負將向左移動，而為零將垂直移動；如果y_step 為正，就意味著向上移動，為負意味著向下移動，而為零意味著水平移動。如果x_step 和y_step 都為零，則意味著原地踏步，我們拒絕這樣的情況，接著執行下一次循環。

第34到38行，為獲取漫步中下一個點的 x 值，我們將x_step 與x_values 中的最後一個值相加，其中x_values[-1]表示查找列表x_values中最後一個數字，把這個數字加上步數得出下一個點的x坐標，對於 y 值也做相同的處理。獲得下一個點的 x 值和 y 值後，我們將它們分別附加到列表x_values 和y_values 的末尾。

3.繪製隨機漫步圖

下面的代碼將隨機漫步的所有點都繪製出來：

我們首先導入了模塊pyplot 和RandomWalk 類，然後創建了一個RandomWalk 實例（第7行代碼），並將其存儲到rw 中，再調用fill_walk() 。

在第9行代碼，我們將隨機漫步包含的x 和 y 值傳遞給scatter() ，函數scatter()利用提供的x和y坐標進行畫圖，在這裡我們設定點的大小s=5。

兩次運行結果如下：