羽毛球竞技模拟
一、体育竞技模拟分析简要介绍
体育竞技模拟分析，是个IPO问题，大致过程如下：
输入：两个球员（球员A和B）的能力概率，模拟比赛的场次
处理：模拟比赛过程
输出：球员A和B分别赢得球赛的概率
二、程序设计方法
程序设计有自顶向下和自底向上两种方法，此处重点介绍自顶向下。
自顶向下的基本思想：以一个总问题出发，试图把它表达为很多小问题组成的解决方案，再用同样的技术依次攻破每个小问题，最终问题变得非常小，也就是化整为零。然后把所有的碎片组合起来，就可以得到一个程序。
自顶向下设计：
1.顶层设计
体育竞技分析从用户处得到模拟参数，最后输出结果，以下是一个基础设计的4个步骤。
步骤一：打印程序的介绍性信息。 printIntro()函数
def main(): printIntro()
步骤二：获得程序运行需要的参数，即probA、porbB、n。 getInputs()函数
def main(): printIntro() probA,probB,n=getInputs()
步骤三：利用球员A和B的能力值probA和probB,模拟n次比赛。（核心函数） simNGames()函数
def main(): printIntro() probA,probB,n=getInputs() winA,winB=simNGames(n,probA,probB)
步骤四：输出球员A和B获得比赛的场次及概率。 printSummary()函数
def main(): printIntro() probA,probB,n=getInputs() winA,winB=simNGames(n,probA,probB) printSummary(winsA,winsB)
2.第n层设计
（1）simNGames()函数是整个函数的核心，其基本思路是模拟n场比赛，并跟踪记录每个球员赢得了多少比赛。
def simNGames(n,probA,porbB): winsA,winsB=0,0 for i in range(n): scoreA,scoreB=simOneGame(porbA,porbB) if scoreA>scoreB: winsA+=1 else: winsB+=1 reture winsA,winsB
代码中设计了sinOneGame()函数，用于模拟一场比赛，这个函数需要知道每个球员的概率，返回两个球员的最终得分
（2）接下来实现simOneGame()函数。模拟一场比赛，需要根据比赛规则来编写代码。
以下是羽毛球的比赛规则：
1. 21 分制，3局2胜为佳
2. 每球得分制
3. 每回合中，取胜的一方加 1 分
4. 当双方均为 20 分时，领先对方 2 分的一方赢得该局比赛
5. 当双方均为 29 分时，先取得 30 分的一方赢得该局比赛
6. 一局比赛的获胜方在下一局率先发球
def simOneGame(probA,porbB): scoreA,score=0,0 serving="A" while not gameOver(scoreA,scoreB): if serving =="A": if random()<porbA: scoreA+=1 else: serving="B" else: if random()<probB: scoreB+=1 else: serving="A" return scoreA,scoreB
3.整个程序如下：
#体育竞技 from random import random def printInfo(): print("这个程序模拟两个选手A和B的羽毛球竞技比赛") print("程序需要两个选手的能力值0-1") print("规则：三局两胜--21分制") print("作者：17杨宇平") def getInput(): a = eval(input("请输入选手A的能力值(0-1):")) b = eval(input("请输入选手B的能力值(0-1):")) m=eval(input("比赛的局数：")) n = eval(input("模拟比赛的场次:")) return a,b,m,n def printSummary(winsA,winsB): n = winsA + winsB print("竞技分析开始,共模拟{}场比赛".format(n)) print("选手A获胜{}场比赛,占比{:0.1%}".format(winsA,winsA/n)) print("选手B获胜{}场比赛,占比{:0.1%}".format(winsB,winsB/n)) def simNGames(m,n,probA,probB): winsA,winsB = 0,0 wa,wb=0,0 for i in range(n): for i in range(m): scoreA,scoreB = simOneGame(probA,probB) if scoreA > scoreB: wa += 1 else: wb += 1 if wa==2: winsA+=1 wa,wb=0,0 break if wb==2: winsB+=1 wa,wb=0,0 break return winsA,winsB def simOneGame(probA,probB): scoreA,scoreB = 0,0 serving = "A" while not gameOver(scoreA,scoreB): if serving == "A": if random() < probA: scoreA += 1 else: serving = "B" else: if random() < probB: scoreB += 1 else: serving = "A" return scoreA,scoreB def gameOver(a,b): if(a>=20 or b>=20): if(abs(a-b)==2 and a<=29 and b<=29): return True else: return a==30 or b==30 else: return False def main(): printInfo() probA,probB,m,n = getInput() winsA,winsB = simNGames(m,n,probA,probB) printSummary(winsA,winsB) main()
运行结果：
三、程序打包
使用pyinstaller打包，把Python脚本打包成可执行的文件。即把.py文件打包成.exe文件。
四、足球训练基地
1. 简介： 模拟不同的两个队伍进行足球的模拟比赛。
2. 模拟原理： 通过输入各自的能力值(Ⅰ)，模拟比赛的进行( P )，最后输出模拟的结果( O )。
P 简介：通过产生随机数得到半场比赛的回合数，再通过产生随机数得到每回合比赛的难度，若小于能力值则表示赢得本局比赛，反之输掉本场比赛。
3. 规则简介：
① 比赛分为两半场，每场为45分钟。
上半场: 一方挑选进攻的球门，另一方获得开球权；
下半场: 互换攻守方向，上半场没获得开球权的一方获得开球权。
②在进球后开球时，开球方为失球一方。
③ 比赛结束时得分多的球队获胜，如果两队得分相同或均未得分，比赛为平局。
4. 代码实现
By the way, 此代码与上述主要不同之处在于： GameOver()，其他函数都类似
| 函数名称 | 函数说明 |
| printInfo() | 打印程序的介绍信息 |
| getInputs() | 获得用户输入的参数 |
| printResult(n, winsA, winsB) | 输出模拟比赛的结果 |
| simNGames(n, probA, probB) | 模拟n场比赛 |
| simOneGame(probA, probB) | 模拟一场比赛，包括上半场和下半场 |
| simAGame(N, probA, probB) | 模拟半场比赛 |
| GameOver(N, scoreA, scoreB) | 定义半场比赛的结束条件 |
# -*- encoding:utf-8 -*- ''' 模拟足球竞技 @author: bpf ''' # 比赛规则： # 1. 比赛分为两场，每场为45分钟 # 上半场: 一方挑选进攻的球门，另一方获得开球权 # 下半场: 互换攻守方向，上半场没获得开球权的一方获得开球权 # 2. 在进球后开球时，开球方为失球一方 # 3. 在没有违反任何比赛规则时，进攻球队得分。 # 4. 比赛结束时得分多的球队获胜，如果两队得分相同或均未得分，比赛为平局。 from random import random, randint from time import time def printInfo(): ''' function: 打印程序的介绍信息 ''' print("{:*^70}".format("产品简介")) print("产品名称： 足球竞技模拟分析器") print("产品概述： 通过输入2个队伍A和B的能力值(0到1之间的小数表示)，能够模拟多次2个队伍A和B的排球竞技比赛，从而得出各自的胜率！") print("产品作者： 步平凡 - 04") print("{:*^70}".format("模拟开始")) def getInputs(): ''' function: 获得用户输入的参数 ''' probA = eval(input("请输入队伍A的能力值(0~1)：")) probB = eval(input("请输入队伍B的能力值(0~1)：")) n = eval(input("请输入需要模拟比赛的场次数：")) return probA, probB, n def printResult(n, via, winsA, winsB): ''' function: 输出模拟比赛的结果 ''' print("{:*^70}".format("模拟结束")) print("竞技分析开始，共模拟{}场比赛。".format(n)) print(">>>队伍A获胜{}场比赛，占比{:0.1%}".format(winsA,winsA/n)) print(">>>队伍B获胜{}场比赛，占比{:0.1%}".format(winsB,winsB/n)) print(">>>两队平局{}场，占比{:0.1%}".format(via,via/n)) def simNGames(n, probA, probB): ''' function: 模拟n场比赛 n: 模拟n场比赛 probA, probB： 分别为队伍A和B的能力值 winsA, winsB: 队伍A和B赢得比赛的场数，总共n场 ''' via, winsA, winsB = 0, 0, 0 for _ in range(n): scoreA, scoreB = simOneGame(probA, probB) if scoreA == scoreB: via += 1 elif scoreA > scoreB: winsA += 1 else: winsB += 1 return via, winsA, winsB def simOneGame(probA, probB): ''' function: 模拟一场比赛, 分上半场和下半场 probA, probB： 分别为队伍A和B的能力值 scoreA, scoreB: 分别为队伍A和B一场比赛的分数 return: 返回队伍A和B在本场比赛中获得的分数 ''' winA, winB = 0, 0 for N in range(2): scoreA, scoreB = simAGame(N, probA, probB) winA += scoreA winB += scoreB return winA, winB def simAGame(N, probA, probB): ''' function: 模拟半场比赛 probA, probB： 分别为队伍A和B的能力值 scoreA, scoreB: 分别为队伍A和B半场比赛的分数 return: 返回队伍A和B在本半场比赛中获得的分数 ''' scoreA, scoreB = 0, 0 if N == 0: serving = 'A' # 发球方 else: serving = 'B' for _ in range(gameOver()): if serving == 'A': if random() < probA: scoreA += 1 serving = 'B' else: if random() < probB: scoreB += 1 serving = 'A' return scoreA, scoreB def gameOver(): ''' function: 定义半场比赛的结束条件 通过randint产生一个随机数作为半场比赛的回合数, 若达到半场比赛的回合数则结束比赛 return: 若比赛结束的条件成立返回真，否则为假 ''' return randint(3, 10) if __name__ == "__main__": printInfo() probA, probB, n = getInputs() Time = time() via, winsA, winsB = simNGames(n, probA, probB) print("模拟用时: {:.1f}s".format(time()-Time)) printResult(n, via, winsA, winsB)
5. 运行结果展示，为了查看方便，我仍在cmd中运行代码
五、晋级模拟
1. 简介： 前2次分别对于排球和足球的模拟比赛分析，比赛规则的差距 体现 在代码上的不同，所以本次模拟分析多支队伍进行乒乓球比赛。
2. 模拟原理： 通过输入各自的能力值(Ⅰ)，模拟比赛的进行( P )，最后输出模拟的结果( O )。
P 简介：通过产生随机数得到每局比赛的难度，若小于能力值则表示赢得本局比赛，反之输掉本局比赛。当有多个队伍时，采取两两配对，但只遍历一次，因此，本代码功能不完善，仅供参考。
3. 规则简介：
① 一场比赛： 单打：采用七局四胜制； 双打淘汰赛、团体赛：采用五局三胜制。
② 一局比赛： 先得11分为胜，10平后，多得2分为胜
③ 一局比赛： 每队发球2次后，接发球方即成为发球方，依此类推，直至该局比赛结束 或者 到双方比分都达到10分时，发球和接发次序仍然不变，但每队只轮发一次球
4. 代码实现
本次代码与上述不同，本次采用类的方法来实现，不过基于本人对于乒乓球不熟悉及python用法有限，本次代码的功能有所限制，只能模拟数量为偶数的队伍进行比赛。待技术提升，会对代码进行改善和加强。
1 # -*- encoding:utf-8 -*- 2 ''' 3 模拟乒乓球竞技 4 @author: bpf 5 ''' 6 # 比赛规则： 7 # 1. 一场比赛： 单打：采用七局四胜制 8 # 双打淘汰赛、团体赛：采用五局三胜制 9 # 2. 一局比赛： 先得11分为胜，10平后，多得2分为胜 10 # 3. 一局比赛： 每队发球2次后，接发球方即成为发球方,依此类推，直至该局比赛结束 11 # 或者到双方比分都达到10分时，发球和接发次序仍然不变，但每队只轮发一次球 12 13 from random import random 14 from pandas import DataFrame 15 from time import time 16 class SportCompetitionAnalyze: 17 18 def PrintInfo(self): 19 ''' 20 function: 打印程序的介绍信息 21 ''' 22 print("{:*^70}".format("产品简介")) 23 print("产品名称： 乒乓球竞技模拟分析器(采取单打淘汰赛制)") 24 print("产品概述： 通过输入多个队伍的能力值(0到1之间的小数表示)，能够模拟多次多个队伍的乒乓球竞技比赛，从而得出各自的胜率！") 25 print("产品作者： 步平凡 - 04") 26 print("{:*^70}".format("模拟开始")) 27 28 def GetInputs_for_Singal(self): 29 ''' 30 function: 获得用户输入的参数 获得单打各队员的能力值 31 ''' 32 self.n = eval(input("请输入需要模拟比赛的场数：")) 33 self.probAbilityList_Original = list(map(eval, input("(注：通过输入的次序进行两两配对, 即前两个分别为队员A和B;以此类推。)\n\ 34 请输入各队员的能力值(0~1), 请用英文逗号隔开(输入个数为2的倍数): ").split(','))) 35 self.probAbilityList = self.probAbilityList_Original 36 self.probNum = len(self.probAbilityList) 37 38 def GetInputs_for_Double(self): 39 ''' 40 function: 获得用户输入的参数 获得双打各队伍各队员的能力值 41 probAbilityList: 使用各队伍中两队员的平均能力值作为该队伍的能力值 --- 双打 42 probAbilityList_Original: 存储原生的各队员能力值, 后续可用 43 ''' 44 self.probAbilityList, self.probAbilityList_Original = [], [] 45 self.n = eval(input("请输入需要模拟比赛的场数：")) 46 Original = list(map(eval, input("(注：通过输入的次序进行四四配对, 即前四个为队伍A和B;以此类推。)\n\ 47 请输入各队员的能力值(0~1), 请用英文逗号隔开(输入个数为4的倍数): ").split(','))) 48 for i in range(0, len(Original), 2): 49 self.probAbilityList.append((Original[i] + Original[i+1])/2) 50 self.probAbilityList_Original.append(list([Original[i], Original[i+1]])) 51 self.probNum = len(self.probAbilityList) 52 53 def PrintResult(self): 54 ''' 55 function: 输出模拟比赛的结果 56 data: 存储每支的比赛信息 57 ''' 58 print("{:*^70}".format("模拟结束")) 59 print("竞技分析结束，每组共模拟{}场比赛。".format(self.n)) 60 data = [] 61 for i in range(self.probNum): 62 tmplist = [] 63 tmplist.append(self.probAbilityList_Original[i]) # 存储能力值 64 tmplist.append(self.probwinsList[i]) # 存储获胜的场数 65 tmplist.append(self.probwinsList[i]/self.n) # 存储胜率 66 data.append(tmplist) 67 dataSheet = DataFrame(data , index=list(range(1, self.probNum+1)), columns=list(["Ability", "wins", "rate"])) 68 #dataSheet.sort_values(by="wins", inplace=True) # 对比赛胜率rate进行排序, 会混乱比赛队伍的关系, 因此不采用 69 print(dataSheet) 70 71 def simNGames(self, GAMES, WINS): 72 ''' 73 function: 模拟n场比赛 74 probwinsList: 存储每支队伍赢得比赛的场数 的列表 75 winA, winB: 队伍A和B在一场比赛中获胜的局数 76 winsA, winsB: 队伍A和B赢得比赛的场数，总共n场 77 ''' 78 self.probwinsList = [] 79 for i in range(0, self.probNum, 2): 80 print("队员:", i+1, 'VS' ,i+2, "比赛中...") 81 winsA, winsB = 0, 0 82 for _ in range(self.n): 83 winA, winB = self.simOneGame(self.probAbilityList[i], self.probAbilityList[i+1], GAMES, WINS) 84 if winA > winB: 85 winsA += 1 86 else: 87 winsB += 1 88 self.probwinsList.append(winsA) 89 self.probwinsList.append(winsB) 90 91 def simOneGame(self, probA, probB, GAMES, WINS): 92 ''' 93 function: 模拟一场比赛 》》》 GAMES局 WINS胜 94 单打比赛，包括七局，采取七局四胜制 95 双打比赛，包括五局，采取五局三胜制 96 scoreA, scoreB: 分别为队伍A和B一局比赛的分数 97 winA, winB: 分别为队伍A和B一场比赛赢的局数 98 return: 返回双方赢的局数 99 ''' 100 winA, winB = 0, 0 101 for _ in range(GAMES): 102 scoreA, scoreB = self.simAGame(probA, probB) 103 if scoreA > scoreB: 104 winA += 1 105 else: 106 winB += 1 107 if winA >=WINS or winB >= WINS: 108 break 109 return winA, winB 110 111 def simAGame(self, probA, probB): 112 ''' 113 function: 模拟一局比赛 114 probA, probB： 分别为队伍A和B的能力值 115 return: 返回队伍A和B在本局比赛中获得的分数 116 ''' 117 scoreA, scoreB = 0, 0 118 serving = 'A' # 发球方 119 servingNum = 2 # 每方的发球次数 120 while not self.GameOver(scoreA, scoreB): 121 if scoreA >= 10 and scoreB >= 10: 122 servingNum = 1 123 for _ in range(servingNum): 124 if random() > probA: 125 scoreB += 1 126 else: 127 scoreA += 1 128 serving = 'B' 129 for _ in range(servingNum): 130 if random() > probB: 131 scoreA += 1 132 else: 133 scoreB += 1 134 serving = 'A' 135 return scoreA, scoreB 136 137 def GameOver(self, scoreA, scoreB): 138 ''' 139 function: 定义赢得一局的条件: 先得11分为胜，10平后，多得2分为胜 140 ''' 141 if scoreA >= 11 or scoreB >= 11: 142 return (abs(scoreA-scoreB)>=2) 143 elif (scoreA == 10 and scoreB > 11) or (scoreB == 10 and scoreA > 11): 144 return (abs(scoreA-scoreB)>=2) 145 else: 146 return 0 147 148 def print_MENU(): 149 print("程序简介：模拟乒乓球竞技") 150 print("程序功能：\n\t1. 模拟多队员进行单打比赛\n\t2. 模拟多队伍多队员进行双打比赛") 151 while 1: 152 choose = input("功能选择：NO.") 153 if choose in ['1', '2']: 154 return eval(choose) 155 else: 156 print("输入有误, 请重新输入!") 157 158 def simGameMenu(): 159 choose = print_MENU() 160 if choose == 1: 161 pingpong = SportCompetitionAnalyze() 162 pingpong.PrintInfo() 163 pingpong.GetInputs_for_Singal() 164 Time = time() 165 pingpong.simNGames(7, 4) 166 print("模拟用时: {:.1f}s".format(time()-Time)) 167 pingpong.PrintResult() 168 else: 169 pingpong = SportCompetitionAnalyze() 170 pingpong.PrintInfo() 171 pingpong.GetInputs_for_Double() 172 Time = time() 173 pingpong.simNGames(5, 3) 174 print("模拟用时: {:.1f}s".format(time()-Time)) 175 pingpong.PrintResult() 176 177 if __name__ == "__main__": 178 simGameMenu()
5. 代码写好了，看一下运行效果怎么样呗 ^v^
Tips：为了使用方便，可以使用python的第三方库pyinstaller进行打包，生成exe文件，可以方便运行。
接下来，我们试一下吧~~~
① 首先要安装pyinstaller库
在cmd中输入下面一句代码，详情就不介绍了。
pip install pyinstaller
② 使用方法： pyinstaller <文件名> 》具体使用方法《
注： 使用pyinstaller时，路径不能出现中文，否则出现编码出错；最好在上述代码的main函数的最后加上 input() 语句，防止程序一运行完就自动退出。
之后双击运行exe文件即可 ↓↓↓
