定义一个三维向量类,并定义相应的特殊方法实现:1)两个该类对象的加、减运算(要求支持运算符+、-);2)实现该类对象与标量的乘、除运算(要求支持运算符*、/,乘法时包括标量在前和后两种情况);3)以及向量的print方法; 向量的长度的定义;向量的点积以及叉积的定义; 定义一个类属性,表征已经实例化的对象的个数。在一个模块中定义三维向量类,在另外一个文件中使用和测试创建的类; 1)在使用类的文件中,要求有入口函数,并分别对类的属性和方法进行结果测试; 2)创建1000个随机三维向量,要求x轴的范围在0~100,y的范围在-100~0;z的范围在-50~50,并用matplotlib把1000个向量的x坐标、y坐标和z坐标分别用三条2D曲线绘制出来(一个plot),然后给出Axis grid、 xlabel、legend、line线形等config。
时间: 2023-10-27 08:30:33 浏览: 101
用Python自定义三维向量类,实现加减乘除等运算
好的,以下是三维向量类的代码实现:
```python
class Vector3D:
count = 0 # 类属性,表征已经实例化的对象的个数
def __init__(self, x, y, z):
self.x = x
self.y = y
self.z = z
Vector3D.count += 1
def __add__(self, other):
return Vector3D(self.x + other.x, self.y + other.y, self.z + other.z)
def __sub__(self, other):
return Vector3D(self.x - other.x, self.y - other.y, self.z - other.z)
def __mul__(self, other):
if isinstance(other, (int, float)):
return Vector3D(self.x * other, self.y * other, self.z * other)
elif isinstance(other, Vector3D):
return self.x * other.x + self.y * other.y + self.z * other.z
def __rmul__(self, other):
return Vector3D(self.x * other, self.y * other, self.z * other)
def __truediv__(self, other):
return Vector3D(self.x / other, self.y / other, self.z / other)
def print(self):
print(f"<{self.x}, {self.y}, {self.z}>")
def length(self):
return (self.x ** 2 + self.y ** 2 + self.z ** 2) ** 0.5
def dot_product(self, other):
return self.x * other.x + self.y * other.y + self.z * other.z
def cross_product(self, other):
x = self.y * other.z - self.z * other.y
y = self.z * other.x - self.x * other.z
z = self.x * other.y - self.y * other.x
return Vector3D(x, y, z)
```
其中,`__add__`和`__sub__`方法分别实现了向量的加、减运算,`__mul__`和`__rmul__`方法实现了向量与标量的乘法运算,`__truediv__`方法实现了向量与标量的除法运算。
`print`方法实现向量的输出,`length`方法实现向量的长度计算,`dot_product`方法实现向量的点积计算,`cross_product`方法实现向量的叉积计算。
类属性`count`记录已经实例化的对象的个数。
然后,在另一个文件中使用和测试创建的类:
```python
import random
import matplotlib.pyplot as plt
from vector3d import Vector3D
def test_vector():
# 加减运算
v1 = Vector3D(1, 2, 3)
v2 = Vector3D(-1, 4, 2)
v3 = v1 + v2
v4 = v1 - v2
assert v3.x == 0 and v3.y == 6 and v3.z == 5
assert v4.x == 2 and v4.y == -2 and v4.z == 1
# 乘除运算
v5 = v1 * 2
v6 = 3 * v2
v7 = v1 / 2
assert v5.x == 2 and v5.y == 4 and v5.z == 6
assert v6.x == -3 and v6.y == 12 and v6.z == 6
assert v7.x == 0.5 and v7.y == 1.0 and v7.z == 1.5
# 长度计算
assert abs(v1.length() - 3.7416573867739413) < 1e-6
# 点积计算
assert v1.dot_product(v2) == 12
# 叉积计算
v8 = v1.cross_product(v2)
assert v8.x == -10 and v8.y == -5 and v8.z == 6
# 对象个数
assert Vector3D.count == 8 # 已经实例化了8个对象
def plot_vectors():
# 创建1000个随机三维向量
vectors = []
for i in range(1000):
x = random.uniform(0, 100)
y = random.uniform(-100, 0)
z = random.uniform(-50, 50)
vectors.append(Vector3D(x, y, z))
# 提取x、y、z坐标
xs = [v.x for v in vectors]
ys = [v.y for v in vectors]
zs = [v.z for v in vectors]
# 绘制三条2D曲线
plt.plot(xs, label='x')
plt.plot(ys, label='y')
plt.plot(zs, label='z')
# 设置Axis grid、xlabel、legend、line线形等config
plt.grid(True)
plt.xlabel('Vector index')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.show()
if __name__ == '__main__':
test_vector()
plot_vectors()
```
在使用类的文件中,我们首先对类的属性和方法进行了结果测试,然后通过`random`模块生成了1000个随机的三维向量,并提取了它们的x、y、z坐标。最后用`matplotlib`绘制了三条2D曲线,分别表示这1000个向量的x坐标、y坐标和z坐标。我们还进行了一些配置,如设置`Axis grid`、`xlabel`、`legend`等,最终得到了一个图像。
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