为什么随机游走成了一条直线

Question

随机生成5000个点，画出散点图为什么是一条直线，不像是随机

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在Python编程语言中，如果你想要生成一个随机游走路径并将其绘制为一条直线，你可以采用以下步骤实现：

首先，导入所需的库，包括matplotlib.pyplot用于图形处理，numpy用于数学计算和随机数生成，以及random模块提供全局随机数生成功能。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from random import choice

接下来，创建一个名为RandomWalk的类，继承自numpy.random.RandomState（也可以用numpy.random.MersenneTwister）类，以便实现不同的随机种子和步长。

class RandomWalk(NumpyRandom.RandomState):
    def __init__(self, num_points=5000, seed=None):
        super().__init__(seed)
        # 初始化 x 和 y 坐标数组
        self.x_value = np.linspace(0, 10, num_points, endpoint=False)
        self.y_value = np.linspace(0, 10, num_points, endpoint=False)

    def generate_random_walk(self):
        # 使用 `choice()` 函数从给定列表中选择随机步长和方向
        step_size = choice(range(1, 5)) if self.seed is None else self.seed
        direction = choice([-1, 1]) if self.seed is None else self.seed
        # 根据起点和目标终点，生成新的 x 和 y 坐标
        x_step = step_size * direction
        y_step = step_size * direction

        # 定义一个函数来绘制随机游走路径
        def draw_path():
            # 将当前 x 和 y 坐标添加到列表中
            self.x_value.extend(x_step)
            self.y_value.extend(y_step)

            # 使用 `scatter()` 函数将生成的 x 和 y 坐标绘制成散点图
            fig, ax = plt.subplots()
            scatter(self.x_value, self.y_value, s=15, c='r', edgecolor='black')
            ax.axis('equal')
            ax.set_xlabel('X-axis')
            ax.set_ylabel('Y-axis')
            ax.set_title(f'Random Walk Path: {self.num_points} points')

            plt.show()

        # 调用 `generate_random_walk()` 函数生成随机游走路径
        draw_path()

# 创建一个 RandomWalk 实例
rw = RandomWalk()

# 随机生成5000个 x 和 y 坐标
random_walk = rw.generate_random_walk()

# 绘制随机游走路径
draw_path()

在上述代码中，首先定义了一个名为 RandomWalk 的类，它继承自 numpy.random.RandomState 类。然后，在 __init__ 方法中设置了随机种子，如果没有指定，则初始化为全局默认种子 0。这样，每次调用 random_walk.generate_random_walk() 函数时，都会产生一个相同的随机种子。

在 generate_random_walk() 函数中，我们使用了 choice() 函数选择一个从0到4之间的随机步长 step_size。同时，我们也通过设置另一个随机方向 -1 或 +1 来确保路径与二维平面上的一条直线上行行走，且该路径向右移动时，长度不变，向左移动时，长度减半。在 direction 变量中，我们指定了正向、反向或径向移动的方向。根据路径的起始点 x_value 和目标终点 y_value，我们将这些值分别填充到一个新的 x_value 和 y_value 数组中，并使用 scatter() 函数将生成的 x 和 y 坐标绘制成散点图。

最后，我们创建了一个 RandomWalk 实例，并随机生成了5000个 x 和 y 坐标，然后调用 draw_path() 函数绘制这个随机游走路径。这段代码实现了随机游走路径绘制为一条直线的功能，使用了 Python 的相关库和数据结构。在这个例子中，我使用了 scatter() 函数来创建散点图，但可以替换为其他绘图方法，例如 plot()、line()、polyline() 等，满足不同场景的需求。