使用 L-systems 和 Python turtle 生成树答案

【问题标题】：Tree generation using L-systems and Python turtle使用 L-systems 和 Python turtle 生成树
【发布时间】：2020-05-09 01:21:36
【问题描述】：

我正在尝试使用 L 系统生成一棵简单的树。但是，当我运行我拥有的代码时：

import turtle


def generate(length):
    sentence = "F"
    for j in range(1, length):
        for i in sentence:
            if i == "F":
                sentence += "FF+[+F-F-F]-[-F+F+F]"

        print(sentence)


    gen = turtle.Turtle()
    window = turtle.Screen()
    gen.left(90)

    for k in sentence:
        if k == "F":
            gen.forward(10)
        elif k == "+":
            gen.right(10)
        elif k == "-":
            gen.left(10)
        elif k == "[":
            location = gen.position()
        elif k == "]":
            gen.setposition(location)

我在海龟窗口中得到一个奇怪的纹理图案：

我怎样才能产生想要的结果？

【问题讨论】：

>>> generate(3), 3 是字符串的长度，也就是树的复杂度
好的，当我运行时，我看不到你的视觉效果。我在控制台上收到“F”垃圾邮件，然后窗口立即关闭。你能发布你用来生成你发布的图像的确切代码吗？我可以肯定地说，sentence.replace 没有做你认为它做的事情——它用第二个参数替换了 每一次出现 的第一个参数并且它没有做到这一点。除此之外，我不确定您要实现什么目标。
我在if i == "F"语句中犯了一个小错误，把sentence.replace(i, "FF+[+FFF]-[-F+F+F]")换成句子+= "FF+[+FFF]-[-F+F+F]"
我认为这也不是你想要的。请编辑您的帖子以提供这些更新。
好的，我编辑了它，我将如何改进我的代码以获得预期的结果？

标签： python turtle-graphics l-systems

【解决方案1】：

您的+= 操作将产生式规则的应用附加到字符串，但其想法是将每次出现的"F" 字符替换为产生式规则的结果。

您可以使用string#replace 来执行此操作，它会替换每个出现的子字符串。您在编辑之前使用了它，但没有将函数的返回值分配回原始的 sentence 变量（replace 不起作用 in-place 并且字符串是不可变的）。

无论哪种方式，额外的内部循环都是不必要的。

另一个重要的一点：生产规则是递归的，所以单个location 变量不足以“记住”可能已经执行的推送序列。

为了详细说明，以下是在多次迭代中应用生产规则后您的 sentence 变量的摘录：

...[-FF+[+F-F-F]-[-F+F+F]+...

很明显，在遇到] 之前，这有两个连续的[ 操作。这种嵌套可以任意深。 stack 数据结构是跟踪嵌套递归位置的最佳方式（location 只能跟踪最后一个位置，并且当两个推送操作连续发生时状态将被破坏）。

每当遇到[ 操作时，将位置推入堆栈（在Python 中表示为仅使用append（用于推入）和pop 不带任何参数的列表来删除列表的后面） .每当遇到] 操作时，弹出堆栈并将海龟的位置设置为该位置。

作为一个小问题，最好将硬编码值保留在代码之外；将所有设置/配置变量分组在块的顶部。如果您使用的是函数，请设置这些参数。

这是一个工作版本：

import turtle

generations = 3
size = 10
rule = ("F", "FF+[+F-F-F]-[-F+F+F]")
sentence = "F"
positions = []
gen = turtle.Turtle()
gen.speed(10)
gen.left(90)

for i in range(generations):
    sentence = sentence.replace(*rule)

for op in sentence:
    if op == "F":
        gen.forward(size)
    elif op == "+":
        gen.right(size)
    elif op == "-":
        gen.left(size)
    elif op == "[":
        positions.append(gen.position())
    elif op == "]":
        gen.setposition(positions.pop())

turtle.exitonclick()

【讨论】：