大家好，歡迎來到 Crossin的編程教室 ！

前幾天，后臺老有小伙伴留言“愛心代碼”。這不是Crossin很早之前發過的內容嘛，怎么最近突然又被人翻出來了？后來才知道，原來是一部有關程序員的青春偶像劇《點燃我,溫暖你》在熱播，而劇中有一段關于期中考試要用程序畫一個愛心的橋段。

于是出于好奇，Crossin就去看了這一集（第5集，不用謝）。這一看不要緊，差點把剛吃的雞腿給噴出來--槽點實在太多了！

忍不住做了個歡樂吐槽向的代碼解讀視頻，在某平臺上被頂到了20個w的瀏覽，也算蹭了一波人家電視劇的熱度吧……

下面是圖文版，給大家分析下劇中出現的“愛心”代碼，并且來復刻一下最后男主完成的酷炫跳動愛心。

劇中代碼賞析

1. 首先是路人同學的代碼：

image.png

雖然劇中說是“C語言期中考試”，但這位同學的代碼名叫 draw2.py，一個典型的 Python 文件，再結合截圖中的 pen.forward、pen.setpos 等方法來看，應該是用 turtle 海龜作圖庫來畫愛心。那效果通常是這樣的：

import turtle as t
t.color('red')
t.setheading(50)
t.begin_fill()
t.circle(-100, 170)
t.circle(-300, 40)
t.right(38)
t.circle(-300, 40)
t.circle(-100, 170)
t.end_fill()
t.done()

image

而不是劇中那個命令行下用1組成的不規則的圖形。

2. 然后是課代表向路人同學展示的優秀代碼：

image.png

及所謂的效果：

image.png

這確實是C語言代碼了，但文件依然是以 .py 為后綴，并且 include 前面沒有加上 #，這顯然是沒法運行的。

里面的內容是可以畫出愛心的，用是這個愛心曲線公式：

image.png

然后遍歷一個1517的方陣，計算每個坐標是在曲線內還是曲線外，在內部就輸出#或，外部就是-

用python改寫一下是這樣的：

for y in range(9, -6, -1):
    for x in range(-8, 9):
        print('*##*'[(x+10)%4] if (x*x+y*y-25)**3 < 25*x*x*y*y*y else '-', end=' ')
    print()

效果：

image.png

稍微改一下輸出，還能做出前面那個全是1的效果：

for y in range(9, -6, -1):
    for x in range(-8, 9):
        print('1' if (x*x+y*y-25)**3 < 25*x*x*y*y*y else ' ', end=' ')
    print()

image.png

但跟劇中所謂的效果相去甚遠。

3. 最后是主角狂拽酷炫D炸天的跳動愛心：

image

代碼有兩個片段：

image.png

image.png

但這兩個片段也不C語言，而是C++，且兩段并不是同一個程序，用的方法也完全不一樣。

第一段代碼跟前面一種思路差不多，只不過沒有直接用一條曲線，而是上半部用兩個圓形，下半部用兩條直線，圍出一個愛心。

image.png

改寫成 Python 代碼：

size = 10
for x in range(size):
    for y in range(4*size+1):
        dist1 = ((x-size)**2 + (y-size)**2) ** 0.5
        dist2 = ((x-size)**2 + (y-3*size)**2) ** 0.5
        if dist1 < size + 0.5 or dist2 < size + 0.5:
            print('V', end=' ')
        else:
            print(' ', end=' ')
    print()

for x in range(1, 2*size):
    for y in range(x):
        print(' ', end=' ')
    for y in range(4*size+1-2*x):
        print('V', end=' ')
    print()

運行效果：

image.png

第二段代碼用的是基于極坐標的愛心曲線，是遍歷角度來計算點的位置。公式是：

image.png

計算出不同角度對應的點坐標，然后把它們連起來，就是一個愛心。

from math import pi, sin, cos
import matplotlib.pyplot as plt
no_pieces = 100
dt = 2*pi/no_pieces
t = 0
vx = []
vy = []
while t <= 2*pi:
    vx.append(16*sin(t)**3)
    vy.append(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t))
    t += dt
plt.plot(vx, vy)
plt.show()

效果：

image.png

代碼中循環時用到的2π是為了保證曲線長度足夠繞一個圈，但其實長一點也無所謂，即使 π=100 也不影響顯示效果，只是相當于同一條曲線畫了很多遍。所以劇中代碼里寫下35位小數的π，還被女主用紙筆一字不落地抄寫下來，實在是讓程序員無法理解的迷惑行為。

image.png

但不管寫再多位的π，上述兩段代碼都和最終那個跳動的效果差了五百只羊了個羊。

跳動愛心實現

作為一個總是在寫一些沒什么亂用的代碼的編程博主，Crossin當然也不會放過這個機會，下面就來挑戰一下用 Python 實現最終的那個效果。

1. 想要繪制動態的效果，必定要借助一些庫的幫助，不然代碼量肯定會讓你感動得想哭。這里我們將使用之前 羊了個羊游戲 里用過的 pgzero 庫。然后結合最后那個極坐標愛心曲線代碼，先繪制出曲線上離散的點。

import pgzrun
from math import pi, sin, cos

no_p = 100
dt = 2*3/no_p
t = 0
x = []
y = []
while t <= 2*3:
    x.append(16*sin(t)**3)
    y.append(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t))
    t += dt

def draw():
    screen.clear()
    for i in range(len(x)):
        screen.draw.filled_rect(Rect((x[i]*10+400, -y[i]*10+300), (4, 4)), 'pink')

pgzrun.go()

image.png

2. 把點的數量增加，同時沿著原點到每個點的徑向加一個隨機數，并且這個隨機數是按照正態分布來的（半個正態分布），大概率分布在曲線上，向曲線內部遞減。這樣，就得到這樣一個隨機分布的愛心效果。

...
no_p = 20000
...
while t <= 2*pi:
    l = 10 - abs(random.gauss(10, 2) - 10)
    x.append(l*16*sin(t)**3)
    y.append(l*(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t)))
    t += dt
...

image.png

3. 下面就是讓點動起來，這步是關鍵，也有一點點復雜。為了方便對于每個點進行控制，這里將每個點自定義成了一個Particle類的實例。

從原理上來說，就是給每個點加一個縮放系數，這個系數是根據時間變化的正弦函數，看起來就會像呼吸的節律一樣。

class Particle():
    def __init__(self, pos, size, f):
        self.pos = pos
        self.pos0 = pos
        self.size = size
        self.f = f

    def draw(self):
        screen.draw.filled_rect(Rect((10*self.f*self.pos[0] + 400, -10*self.f*self.pos[1] + 300), self.size), 'hot pink')

    def update(self, t):
        df = 1 + (2 - 1.5) * sin(t * 3) / 8
        self.pos = self.pos0[0] * df, self.pos0[1] * df

...

t = 0
def draw():
    screen.clear()
    for p in particles:
        p.draw()

def update(dt):
    global t
    t += dt
    for p in particles:
        p.update(t)

image

4. 劇中愛心跳動時，靠中間的點波動的幅度更大，有一種擴張的效果。所以再根據每個點距離原點的遠近，再加上一個系數，離得越近，系數越大。

class Particle():
    ...
    def update(self, t):
        df = 1 + (2 - 1.5 * self.f) * sin(t * 3) / 8
        self.pos = self.pos0[0] * df, self.pos0[1] * df

image

5. 最后再用同樣的方法畫一個更大一點的愛心，這個愛心不需要跳動，只要每一幀隨機繪制就可以了。

def draw():
    ...
    t = 0
    while t < 2*pi:
        f = random.gauss(1.1, 0.1)
        x = 16*sin(t)**3
        y = 13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t)
        size = (random.uniform(0.5,2.5), random.uniform(0.5,2.5))
        screen.draw.filled_rect(Rect((10*f*x + 400, -10*f*y + 300), size), 'hot pink')
        t += dt * 3

image

合在一起，搞定！

image

總結一下，就是在原本的基礎愛心曲線上加上一個正態分布的隨機量、一個隨時間變化的正弦函數和一個跟距離成反比的系數，外面再套一層更大的隨機愛心，就得到類似劇中的跳動愛心效果。

但話說回來，真有人會在考場上這么干嗎？

除非真的是超級大學霸，不然就是食堂伙食太好--

吃太飽撐的……

代碼已開源：python666.cn/c/9
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