基于Python語言的Turtle庫繪圖實例

林曉芬

關鍵詞：Python語言；turtle庫

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0097-02

Python語言語法簡潔、清晰，是一門適合非計算機專業大學生學習的編程語言。Python有著十分強大的類庫，其中的Turtle庫能繪制簡單且有規律的圖形。在講解Turtle庫的知識前，應先介紹Python語言的順序結構、選擇結構和循環結構和列表等基本知識。這樣既有利于學生輕松地掌握代碼的編寫方法，又讓學生更好地理解Pyhon語言的語法結構。

Turtle庫是Python的標準庫之一，屬于入門級的圖形繪制函數庫。標準庫是隨解釋器直接安裝到操作系統中的功能模塊，第三方庫是需要經過安裝才能使用的功能模塊。Turtle的中文意思是海龜，turtle模塊通過控制畫筆的移動來繪圖，畫筆就像是一只海龜在畫布上爬，爬過的地方留下了痕跡，痕跡形成了圖形。海龜可以前進、后退、左轉、右轉。海龜有一條尾巴，當尾巴抬起時，爬過的地方不留下痕跡，尾巴放下時，爬過的地方留下痕跡[1-3]。

為提高學生的學習興趣，教學時筆者選取了一些繪圖案例，有正n邊形、太陽花、彩色螺旋線、奧運五環等[4-5]。這些圖案的代碼十分簡單，很適合初學者的學習。學生在學習這些繪圖代碼時，用到了Python語言中的循環語句、列表、索引等知識，讓學生在繪圖的時候加深了Python語法結構的理解和運用能力。

1 編程基礎知識

1.1 Python 程序的語句結構

計算機程序一般有三種語句結構：順序結構、選擇結構以及循環結構，利用這三種結構，可以編寫出各種復雜的應用程序。

順序結構是程序中最基本的結構，它是任何程序的主體結構，在該結構中，各語句按照出現的先后次序依次執行。當需要根據給定的條件做出不同選擇時，可以使用選擇結構來處理。在Python中，選擇結構有單分支結構、雙分支結構和多分支結構，分別用if語句、if...else...語句和if...elif...else...語句來實現。循環語句用來重復執行一條或多條語句，使用循環結構可以減少源程序重復書寫的工作量，簡化程序結構。在Python中，循環結構語句主要有while語句和for循環語句。本繪圖實例中，筆者使用的是for循環語句。

1.2 Turtle 庫的導入

Turtle 的導入可以使用from turtle import * 或者import turtle 兩種語句，前者在使用方法時不需要加turtle前綴，后者在使用方法時需要加上turtle.前綴，例如，向前語句turtle.forward（x）。

1.3 Turtle 庫的基本函數

Turtle庫中函數較少且容易記憶，且許多函數的名字與海龜動作名稱的自然語言一致，便于學生記憶。如：screensize（x，y，color），設置寬x、高y、顏色為color的畫布；setup（x，y），設置寬x，高y的畫布；forward（x），畫筆向前移動x像素;backward（x），畫筆向后移動x像素;left（x），畫筆方向向左旋轉x角度；right（x），畫筆方向向右旋轉x角度；shape（x），設置繪圖時的造型，默認為小箭頭；pensize（x），設置畫筆的粗細；width（x），設置畫筆的粗細；pencolor（x），設置畫筆的顏色；color（x，y），設置畫筆的顏色為x，設置填充的顏色為y；fillcolor（x），設置圖形的填充顏色；speed（x），設置畫筆移動的速度，取值在0-10之間，1最慢，10最快，0不移動；penup（），畫筆抬起；pen?down（），畫筆落下；goto（x，y），畫筆移動到x，y處，畫布中心為坐標原點；circle（R，E，S），畫圓，R為圓的半徑，E是圓弧的角度。R半徑為正時在畫筆的左邊畫圓，半徑為負值時在畫筆的右邊畫圓；reset（），清空窗口，畫筆重新回到畫布中央；clear（），清空窗口，但是畫筆的位置和狀態不會改變；begin_fill（），準備開始填充圖形；end_fill（），填充完成；write（），書寫；done（），海龜繪圖結束標識，防止腳本結束后關閉畫布。

Python語言中的顏色非常豐富，常見的表示顏色的字符串有：“while”白色、“black”黑色、“green”綠色、“blue”藍色、“yellow”黃色、“cyan”青色、“magenta”洋紅色、“purple”紫色、“brown”棕色、“pink”粉色、“gold”金色、“tomato”番茄色等。

1.4 Turtle 坐標系

Turtle的坐標系有屏幕坐標系、空間坐標系和角度坐標系等。屏幕坐標系指的是畫布與屏幕之間的相對位置關系，顯示器屏幕的左上角為坐標原點，如圖1所示。可以用setup（width，height，startx，starty） 方法設置畫布左上角與屏幕左上角之間的距離。空間坐標系是指畫筆與畫布之間的相對位置關系，默認坐標原點在畫布的正中心，繪圖時，畫筆從畫布的中心位置開始移動，畫筆的方向默認是x軸的正方向，如圖2所示。角度坐標系如圖3所示，x軸的正方向為0度，y軸的正方向為90度，可以通過setheading（angle） 方法來設置畫筆的方向。

2 繪圖實例

筆者安裝的Python版本是Python -3.8.1（64-bit） 。

2.1 繪制彩色六邊形

圖4中的彩色六邊形實際上是由6個正三角形組成的。利用circle（）方法中的steps參數來畫三角形，利用color（） 方法設置畫筆顏色和填充顏色，利用列表colors和for循環語句來實現顏色的變化。程序設計結構是計算機語言教學中的重點和難點，結構化的程序設計有三種基本的結構：順序結構、選擇結構和循環結構。在這個教學案例中，通過繪制正六邊形，引導學生深入地理解循環結構。

圖5中的圖形是由六個三角形和一個正六邊形構成的。代碼段中，首先定義了一個函數triangle，這個函數的作用是畫正三角形。然后創建了一個列表colors，列表用來放顏色。然后用for循環畫正六邊形，循環六次，每循環一次的時候調用一次triangle函數，最終得到圖5的圖形。在這個教學案例中，通過繪圖實例，引導學生理解循環的嵌套是如何實現圖形的繪制。

2.2 繪制彩虹

圖6中的彩虹是通過一個for循環語句和列表col?ors實現的。先創建一個列表colors來放顏色，然后設置畫筆的寬度，因為是畫彩虹，所以畫筆寬度要設得比較寬。然后用circle（） 方法來畫半圓，每循環一次，circle（）中的半徑就要增大一次，畫筆的顏色也要不斷改變，這些是通過循環語句來實現的。setheading（）方法用來設置畫筆的方向。每次畫筆的起點都不一樣，這是通過goto（）方法來實現的，但每一次畫筆的起始方向都是一樣的。

2.3 繪制箭靶

圖7和圖8是實現彩色圓環的兩種方法。圖7中所采用的方法，是從最外圈開始畫圓，然后逐漸縮小畫圓所用的半徑值。圖8中所采用的方法，是從最里圈開始畫圓，然后逐漸增大畫圓所用的半徑值。

這兩種方法都使用了for 循環語句和circle（） 方法。畫圖時，要注意畫筆的初始位置和畫筆的方向，才能畫出想要的圖形。

3 結論

Turtle庫是一個簡單易學的繪圖庫，學習門檻低，繪圖函數易學易記。在計算機程序設計教學中，改變以往把解決數學問題作為編程例題的做法，把圖形繪制帶入程序設計教學中。教學實踐表明，通過各種有趣、生動鮮明、貼合生活實際的繪圖實例，可以激發學生學習Python語言的興趣，增強學生學習編程的信心[6]，Turtle庫可以作為學習Python語言的入門庫。