【发布时间】:2025-12-22 01:05:12
【问题描述】:
我正在尝试将我在此处找到的“带处理的受控循环打包”算法移植到 Python:
现在我的目标只是让它发挥作用,然后再根据自己的需要对其进行调整。这个问题不是关于循环包装的最佳方法。
到目前为止,这是我所拥有的:
#!/usr/bin/python
# coding: utf-8
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from random import uniform
class Ball:
def __init__(self, x, y, radius):
self.r = radius
self.acceleration = np.array([0, 0])
self.velocity = np.array([uniform(0, 1),
uniform(0, 1)])
self.position = np.array([x, y])
@property
def x(self):
return self.position[0]
@property
def y(self):
return self.position[1]
def applyForce(self, force):
self.acceleration = np.add(self.acceleration, force)
def update(self):
self.velocity = np.add(self.velocity, self.acceleration)
self.position = np.add(self.position, self.velocity)
self.acceleration *= 0
class Pack:
def __init__(self, radius, list_balls):
self.list_balls = list_balls
self.r = radius
self.list_separate_forces = [np.array([0, 0])] * len(self.list_balls)
self.list_near_balls = [0] * len(self.list_balls)
def _normalize(self, v):
norm = np.linalg.norm(v)
if norm == 0:
return v
return v / norm
def run(self):
for i in range(300):
print(i)
for ball in self.list_balls:
self.checkBorders(ball)
self.checkBallPositions(ball)
self.applySeparationForcesToBall(ball)
def checkBorders(self, ball):
if (ball.x - ball.r) < - self.r or (ball.x + ball.r) > self.r:
ball.velocity[0] *= -1
ball.update()
if (ball.y - ball.r) < -self.r or (ball.y + ball.r) > self.r:
ball.velocity[1] *= -1
ball.update()
def checkBallPositions(self, ball):
list_neighbours = [e for e in self.list_balls if e is not ball]
for neighbour in list_neighbours:
d = self._distanceBalls(ball, neighbour)
if d < (ball.r + neighbour.r):
return
ball.velocity[0] = 0
ball.velocity[1] = 0
def getSeparationForce(self, c1, c2):
steer = np.array([0, 0])
d = self._distanceBalls(c1, c2)
if d > 0 and d < (c1.r + c2.r):
diff = np.subtract(c1.position, c2.position)
diff = self._normalize(diff)
diff = np.divide(diff, d)
steer = np.add(steer, diff)
return steer
def _distanceBalls(self, c1, c2):
x1, y1 = c1.x, c1.y
x2, y2 = c2.x, c2.y
dist = np.sqrt((x2 - x1)**2 + (y2 - y1)**2)
return dist
def applySeparationForcesToBall(self, ball):
i = self.list_balls.index(ball)
list_neighbours = [e for e in self.list_balls if e is not ball]
for neighbour in list_neighbours:
j = self.list_balls.index(neighbour)
forceij = self.getSeparationForce(ball, neighbour)
if np.linalg.norm(forceij) > 0:
self.list_separate_forces[i] = np.add(self.list_separate_forces[i], forceij)
self.list_separate_forces[j] = np.subtract(self.list_separate_forces[j], forceij)
self.list_near_balls[i] += 1
self.list_near_balls[j] += 1
if self.list_near_balls[i] > 0:
self.list_separate_forces[i] = np.divide(self.list_separate_forces[i], self.list_near_balls[i])
if np.linalg.norm(self.list_separate_forces[i]) > 0:
self.list_separate_forces[i] = self._normalize(self.list_separate_forces[i])
self.list_separate_forces[i] = np.subtract(self.list_separate_forces[i], ball.velocity)
self.list_separate_forces[i] = np.clip(self.list_separate_forces[i], a_min=0, a_max=np.array([1]))
separation = self.list_separate_forces[i]
ball.applyForce(separation)
ball.update()
list_balls = list()
for i in range(10):
b = Ball(0, 0, 7)
list_balls.append(b)
p = Pack(30, list_balls)
p.run()
plt.axes()
# Big container
circle = plt.Circle((0, 0), radius=30, fc='none', ec='k')
plt.gca().add_patch(circle)
for c in list_balls:
ball = plt.Circle((c.x, c.y), radius=c.r, picker=True, fc='none', ec='k')
plt.gca().add_patch(ball)
plt.axis('scaled')
plt.show()
代码最初是用 Processing 编写的,我尽力使用 numpy 代替。
我不太确定我的checkBallPosition,原作者使用了一个count 对我来说看起来没用的变量。我也想知道为什么原始代码中的steer向量的维度是3。
到目前为止,这是我的代码产生的结果:
圆圈(我不得不将它们重命名为球,以免与 matplotlib 中的 Circle 冲突)重叠并且似乎并没有相互分离。我不认为我真的很远,但我需要一些帮助来找出我的代码有什么问题。你能帮我吗?
编辑:我意识到我可能需要做几遍。也许处理包(语言?)多次运行run 函数。这对我来说实际上是有道理的,这个问题与分子力学优化非常相似,并且是一个迭代过程。
我的问题现在可以更具体一点:checkBorders 函数似乎没有正确完成它的工作,也没有正确反弹圆圈。但是考虑到它的简单性,我会说这个错误在applySeparationForcesToBall,我可能没有正确地施加力量。
【问题讨论】:
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请问一个更具体的问题。我看到你花了一些时间写了一篇好文章,但最终的实际问题只是寻求帮助调试你的代码。尝试确定哪个部分没有按您的预期工作,并将其作为一个具体的问题(例如,“当我使用 X 中的 2 范数来计算 Y 时它是否正确”)可以有一个具体的答案。
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我没有尝试理解你的代码,但在某些地方你将
r(这是一个半径)除以 2 对我来说很奇怪。 -
此外,如果两个圆圈重叠创建,它们不会一直来回弹跳吗?
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r/2对我来说也很奇怪。这是我不明白的一件事。至于您的第二条评论,我不这么认为,如果它们重叠,checkBallPositions不会将它们的速度归零(随机初始化),因此在某些时候会不重叠。 -
你试过调试你的代码吗?哪一行代码的行为与您的预期不同?
标签: python porting circle-pack