python函数版本蒙特卡罗方法计算圆周率,要求: 1,使用函数法完成功能封装。 2,程序中涉及到输入及输出都在turtle画布中实现。 3, 要求加上异常处理,增加程序健壮性。
时间: 2024-03-03 09:48:06 浏览: 140
好的,这是一个很有趣的问题!首先,让我们了解一下蒙特卡罗方法计算圆周率的基本思路:
1. 在一个正方形内画一个圆,该圆的直径等于正方形的边长。
2. 随机生成大量的点,并将这些点分布在正方形内。
3. 统计落在圆内的点的数量n,以及总点数m。
4. 计算圆的面积S = πr²,其中r为圆的半径,而正方形的面积为边长的平方。
5. 由于圆的直径等于正方形的边长,因此半径r等于边长的一半,即r = l/2,其中l为正方形的边长。
6. 可以得到π = 4S/l² = 4n/m。
下面是一个实现该算法的Python函数:
```python
import random
import turtle
def monte_carlo_pi(n):
"""
使用蒙特卡罗方法计算圆周率。
:param n: 随机点的数量。
:return: 计算得到的圆周率。
"""
try:
if not isinstance(n, int):
raise ValueError("n必须是整数!")
# 设置画布大小
turtle.setup(800, 800)
# 画正方形
turtle.penup()
turtle.goto(-300, -300)
turtle.pendown()
turtle.color("black")
turtle.begin_fill()
for i in range(4):
turtle.forward(600)
turtle.left(90)
turtle.end_fill()
# 画圆
turtle.penup()
turtle.goto(0, 0)
turtle.pendown()
turtle.color("red")
turtle.begin_fill()
turtle.circle(300)
turtle.end_fill()
# 统计落在圆内的点的数量
count = 0
for i in range(n):
x = random.uniform(-300, 300)
y = random.uniform(-300, 300)
if x**2 + y**2 <= 300**2:
count += 1
# 在画布上绘制点
turtle.penup()
turtle.goto(x, y)
turtle.pendown()
turtle.dot(5, "blue")
# 计算圆周率
pi = 4 * count / n
return pi
except Exception as e:
print(e)
finally:
turtle.done()
```
在该函数中,我们使用了Python内置的random模块来生成随机数,并使用turtle模块在画布上绘制正方形、圆和随机点。
你可以调用该函数并传入所需的参数n,例如:
```python
monte_carlo_pi(10000)
```
该函数会计算出n个随机点中落在圆内的点的数量,以及计算得到的圆周率,并在画布上绘制出正方形、圆和随机点。
注意,在函数中我们加入了异常处理,以增加程序的健壮性。如果传入的参数n不是整数,函数会抛出异常并给出提示。同时,我们使用了try-except-finally语句,以确保在程序发生异常时能够正确关闭画布。
希望这个实现可以帮到你!
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