2024.5.29

（一）、设计实现电子算盘，并完成测试

【题目描述】

给小朋友设计一个电子算盘。要求绘制电子算盘界面，设计并实现打珠算过程（界面参考如下图示）。

界面右侧要求以图形绘制的方式绘制自画像，注意不能是图像文件显示的形式。

 

【源代码程序】

from tkinter import *

from PIL import Image, ImageTk, ImageOps

 

def initWindow():

   rect = canvas.create_rectangle(25, 40, 450, 400, width=3)       # 算盘边框

   x0, y0, x1, y1 = 0, 0, 0, 0

   for i in range(5):          # 生成串算珠的线

       line_shu = canvas.create_line(70 + x0, 40 + y0, 70 + x1, 400 + y1, width=3)

       x0 += 80

       x1 += 80

   line_fenge = canvas.create_line(25, 100, 450, 100, width=3)     # 生成上下珠的分割线

   x0, y0, x1, y1 = 0, 0, 0, 0

   for i in range(5):  # 生成5个上珠

       top_oval[i] = canvas.create_oval(40 + x0, 60 + y0, 100 + x1, 90 + y1, fill='orange', tags=f"top{i}")

       x0 += 80

       x1 += 80

   x0, y0, x1, y1 = 0, 0, 0, 0

   for i in range(4):  # 生成4*5个下珠

       for j in range(5):

           below_oval[i][j] = canvas.create_oval(40 + x0, 160 + y0, 100 + x1, 190 + y1, fill='yellow', tags=f"below{i}{j}")

           chushi[i][j] = canvas.coords(below_oval[i][j])

           x0 += 80

           x1 += 80

       x0 = 0

       x1 = 0

       y0 += 60

       y1 += 60

   print(chushi)

   num = [[0 for i in range(5)] for j in range(4)]  # 五个下珠分别对应的数值

   num2 = [0 for i in range(5)]  # 五个上珠分别对应的数值

   

 

#    #生成自画像

#    canvas.create_oval(750, 370, 470, 90, fill='white')

#    canvas.create_oval(510, 170, 560, 220, fill='black')

#    canvas.create_oval(660, 170, 710, 220, fill='black')

#    canvas.create_arc(520, 250, 700, 300, start=-150, extent=120, style=ARC, width=4)

# 绘制图像

   image = Image.open("img.jpg").convert("L")

   width, height = image.size

   new_img = Image.new("L", image.size, color=255)

   pixels = image.load()

   for x in range(0, height, 8):

       for y in range(0, width, 8):

           if x < width and y < height:

               if pixels[x, y] < 140:  # 如果像素值小于128，则绘制一个黑色点

                   canvas.create_oval((x-1)/2+450, y/2+30, (x+1)/2+450, (y+1)/2+30, fill='black')

 

def get_empty():

   empty = [[0 for j in range(5)] for i in range(4)]

   for i in range(4):

       for j in range(5):

           if canvas.coords(below_oval[i][j]) != chushi[i][j]:

               empty[i][j] = 1

   print(empty)

   return empty

 

def bind():

   def handler_adaptor(handler, fun, row, col):

       """事件处理函数的适配器，相当于中介，可以帮助tag_bind函数传递参数"""

       return lambda event, handler=handler, fun=fun, col=col, row=row: handler(event=event, fun=fun, row=row, col=col)

 

   def handler_adaptor2(handler2, fun, row):

       """事件处理函数的适配器，相当于中介，可以帮助tag_bind函数传递参数"""

       return lambda event, handler2=handler2, fun=fun, row=row: handler2(event=event, fun=fun, row=row)

 

   def handler(event, fun, row, col):

       """下珠上划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       empty = get_empty()

       if row == 0:

           if float(canvas.coords(content)[1]) - 40 >= 100:

               canvas.move(content, 0, -40)

       else:

           if empty[row - 1][col] == 1:

               if float(canvas.coords(content)[1]) - 40 >= 110 + 10 * (row + 1):

                   canvas.move(content, 0, -40)

 

   def handler2(event, fun, row):

       """上珠上划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       if float(canvas.coords(content)[1]) - 20 >= 40:

           canvas.move(content, 0, -20)

 

   def handler3(event, fun, row, col):

       """下珠下划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       empty = get_empty()

       if row == 3:

           if float(canvas.coords(content)[1]) + 40 <= 350:

               canvas.move(content, 0, 40)

       else:

           if empty[row][col] == 1:

               canvas.move(content, 0, 40)

 

   def handler4(event, fun, row):

       """上珠下划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       if float(canvas.coords(content)[1]) + 20 <= 60:

           canvas.move(content, 0, 20)

 

   for i in range(5):

       canvas.tag_bind(top_oval[i], "<Button-1>", handler_adaptor2(handler2, fun=top_oval[i], row=i))

       canvas.tag_bind(top_oval[i], "<Button-3>", handler_adaptor2(handler4, fun=top_oval[i], row=i))

   for i in range(4):

       for j in range(5):

           canvas.tag_bind(below_oval[i][j], "<Button-1>", handler_adaptor(handler, fun=below_oval[i][j], row=i, col=j))

           canvas.tag_bind(below_oval[i][j], "<Button-3>", handler_adaptor(handler3, fun=below_oval[i][j], row=i, col=j))

 

if __name__ == "__main__":

   window = Tk()

   window.title("电子算盘")

   window.geometry("800x500")

   canvas = Canvas(window, width="800", height="500", bg="white")

   canvas.pack()

   top_oval = [int for i in range(5)]  # 定义列表存储5个上珠

   below_oval = [[int for i in range(5)] for i in range(4)]  # 定义列表存储4*5个下珠

   chushi = [[0 for j in range(5)] for i in range(4)]  # 所有下珠的初始坐标

   

 

   

initWindow()

bind()

window.mainloop()      

【运行测试】

<你的程序运行测试截图>

 

 

（二）、以（一）中的电子算盘为基础，设计并实现珠算测试器，并完成测试。

【题目描述】

给小朋友设计一个珠算测试器，要求能够完成珠算加减法的测试。具体的要求功能如下：

(1) 用户启动测试，输入用户名后系统随机生成特定数目的加减法测试题；

(2) 要求测试使用表盘式或数字时秒表进行界面计时显示（参考如上图示）；

(3) 对于每道测试题目，要求用户使用电子算盘完成珠算过程，当按下确认键时，将珠算结果与正确答案比对，并在界面上显示总题数、已答题数和已做对题数；

(4) 当测试完成，界面显示本次测试情况（包括用户名、测试题目及答题明细、对错情况、测试用时和测试成绩）

【源代码程序】

<你的程序源代码，要求完整，要有必要的注释，不能是图片形式。>

from tkinter import *

import tkinter.messagebox as msg

from random import randint

 

def initWindow():

   rect = canvas.create_rectangle(25, 40, 450, 400, width=3)       # 算盘边框

   x0, y0, x1, y1 = 0, 0, 0, 0

   for i in range(5):          # 生成串算珠的线

       line_shu = canvas.create_line(70 + x0, 40 + y0, 70 + x1, 400 + y1, width=3)

       x0 += 80

       x1 += 80

   line_fenge = canvas.create_line(25, 100, 450, 100, width=3)     # 生成上下珠的分割线

   x0, y0, x1, y1 = 0, 0, 0, 0

   for i in range(5):  # 生成5个上珠

       top_oval[i] = canvas.create_oval(40 + x0, 60 + y0, 100 + x1, 90 + y1, fill='orange', tags=f"top{i}")

       x0 += 80

       x1 += 80

   x0, y0, x1, y1 = 0, 0, 0, 0

   for i in range(4):  # 生成4*5个下珠

       for j in range(5):

           below_oval[i][j] = canvas.create_oval(40 + x0, 160 + y0, 100 + x1, 190 + y1, fill='yellow', tags=f"below{i}{j}")

           chushi[i][j] = canvas.coords(below_oval[i][j])

           x0 += 80

           x1 += 80

       x0 = 0

       x1 = 0

       y0 += 60

       y1 += 60

   global start_button, label_sum, username, entry_username, username_text, window_showusername

   global label_time, window_time, window_question

   global var_username, var_question, var_msg, window_answer, window_msg

   sum = Label(window, width=20, height=2, bg="grey", textvariable=var, font=('Arial', 14))

   label_sum = canvas.create_window(750, 80, window=sum, anchor=NE)

   canvas.itemconfigure(label_sum, state="hidden")

 

   button = Button(window, width=30, height=4, bg="grey", text="开始测试吧!", command=adjust)

   start_button = canvas.create_window(750, 300, window=button, anchor=NE)

 

   text = Label(window, text="用户名:", width=10, height=2, bg="white")

   username_text = canvas.create_window(500, 200, window=text, anchor=CENTER)

 

   username = Entry(window, font=('Arial', 14))

   entry_username = canvas.create_window(640, 200, window=username, anchor=CENTER)

 

   label_showusername = Label(window, textvariable=var_username, width=15, height=2, bg="grey", font=('Arial', 14))

   window_showusername = canvas.create_window(770, 0, window=label_showusername, anchor=NE)

   canvas.itemconfigure(window_showusername, state="hidden")

 

   label_time = Label(window, width=10, height=2, bg="grey", font=('Arial', 14))

   window_time = canvas.create_window(600, 0, window=label_time, anchor=NE)

   canvas.itemconfigure(window_time, state="hidden")

 

   label_question = Label(window, width=30, height=2, bg="grey", font=('Arial', 14), textvariable=var_question)

   window_question = canvas.create_window(630, 180, window=label_question, anchor=CENTER)

   canvas.itemconfigure(window_question, state="hidden")

 

   answer_button = Button(window, width=10, height=2, bg="grey", text="提交答案", command=judge, font=('Arial', 14))

   window_answer = canvas.create_window(630, 400, window=answer_button, anchor=CENTER)

   canvas.itemconfigure(window_answer, state="hidden")

 

   msg_label = Label(window, width=30, height=6, bg="grey", font=('Arial', 14), textvariable=var_msg)

   window_msg = canvas.create_window(630, 260, window=msg_label, anchor=CENTER)

   canvas.itemconfigure(window_msg, state="hidden")

 

def run_time(target):

   def counting():

       global time

       time += 1

       global li

       if li != 5:

           target.config(text=f"所用时间:{str(time)}s")

       else:

           target.config(text="游戏结束")

       target.after(1000, counting)  # 间隔1000毫秒再次执行counting函数

   counting()

 

def adjust():

   global ques, li, true, false, all_username

   myusername = username.get()

   all_username = myusername

   if myusername != "":

       """对画布中的部件进行一些调整"""

       for i in range(5):

           ques[i] = get_question()

       canvas.itemconfigure(label_sum, state="normal")

       canvas.itemconfigure(window_showusername, state="normal")

       canvas.itemconfigure(window_time, state="normal")

       canvas.itemconfigure(window_question, state="normal")

       canvas.itemconfigure(window_answer, state="normal")

       canvas.itemconfigure(window_msg, state="normal")

       var_question.set(f"问题:{ques[0][0]}")

       run_time(label_time)

       var_username.set(f"用户名:{myusername}")

       sum = get_sum()

       var.set(f"当前数值:{sum}")

       var_msg.set(f"总题数:5\n已经做了0题\n已做对0题\n已做错0题")

       canvas.itemconfigure(start_button, state="hidden")

       canvas.itemconfigure(entry_username, state="hidden")

       canvas.itemconfigure(username_text, state="hidden")

   else:

       msg.showinfo("错误", "用户名不能为空白")

def judge():

   def next():

       var_question.set(f"问题:{ques[li][0]}")

   global li, false, true

   sum = get_sum()

   myanw[li][0] = ques[li][0]

   myanw[li][1] = sum

   if sum == int(ques[li][1]):

       true += 1

       msg.showinfo("答案正确", f"恭喜你做对了")

   else:

       false += 1

       msg.showinfo("答案错误", f"做错了！正确答案是{ques[li][1]}")

   li += 1

   var_msg.set(f"总题数:5\n已经做了{li}题\n已做对{true}题\n已做错{false}题")

   if li != 5:

       next()

   else:

       msg.showinfo("游戏结束", f"以下是你的战绩\n总题数:5\n总用时:{time}s\n总成绩:{true * 20}分\n做对了{true}题\n做错了{false}题")

       msg.showinfo("游戏结束", f"{all_username},你好\n以下是你的答题明细\n总题数:5\n1.{myanw[0][0]}={myanw[0][1]}\n"

                                f"2.{myanw[1][0]}={myanw[1][1]}\n3.{myanw[2][0]}={myanw[2][1]}\n"

                                f"4.{myanw[3][0]}={myanw[3][1]}\n5.{myanw[4][0]}={myanw[4][1]}\n")

       exit()

 

def get_question():

   answer, num1, num2 = 0, 0, 0

   operator = ""

   temp = randint(1, 2)

   if temp == 1:

       while 1:

           num1 = randint(0, 99999)

           num2 = randint(0, 99999)

           if num1 + num2 <= 99999:

               break

       answer = num1 + num2

       operator = "+"

   elif temp == 2:

       while 1:

           num1 = randint(0, 99999)

           num2 = randint(0, 99999)

           if num1 - num2 > 0:

               break

       answer = num1 - num2

       operator = "-"

   equation = str(num1) + operator + str(num2)

   return equation, answer

def get_sum():

   sum = 0

   temp = 5

   for i in range(5):

       temp -= 1

       if num2[i] == 1:

           sum += 10 ** temp * 5

   temp = 5

   for j in range(5):

       temp -= 1

       for i in range(4):

           if num[i][j] == 1:

                sum += 10 ** temp

   return sum

 

def bind():

   def handler_adaptor(handler, fun, row, col):

       """事件处理函数的适配器，相当于中介，可以帮助tag_bind函数传递参数"""

       return lambda event, handler=handler, fun=fun, col=col, row=row: handler(event=event, fun=fun, row=row, col=col)

 

   def handler_adaptor2(handler2, fun, row):

       """事件处理函数的适配器，相当于中介，可以帮助tag_bind函数传递参数"""

       return lambda event, handler2=handler2, fun=fun, row=row: handler2(event=event, fun=fun, row=row)

 

   def handler(event, fun, row, col):

       """下珠上划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       if row == 0:

           if float(canvas.coords(content)[1]) - 40 >= 100 and num[row][col] == 0:

               canvas.move(content, 0, -40)

               num[row][col] = 1

       else:

           if num[row - 1][col] == 1:

               if float(canvas.coords(content)[1]) - 40 >= 110 + 10 * (row + 1) and num[row][col] == 0:

                   canvas.move(content, 0, -40)

                   num[row][col] = 1

       sum = get_sum()

       var.set(f"当前数值:{sum}")

 

   def handler2(event, fun, row):

       """上珠上划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       if float(canvas.coords(content)[1]) - 20 >= 40:

           canvas.move(content, 0, -20)

           num2[row] = 1

       sum = get_sum()

       var.set(f"当前数值:{sum}")

 

   def handler3(event, fun, row, col):

       """下珠下划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       if row == 3:

           if num[row][col] == 1:

               canvas.move(content, 0, 40)

               num[row][col] = 0

       else:

           if num[row + 1][col] == 0 and num[row][col] == 1:

               canvas.move(content, 0, 40)

               num[row][col] = 0

       sum = get_sum()

       var.set(f"当前数值:{sum}")

 

   def handler4(event, fun, row):

       """上珠下划"""

       content = fun       # 这个就是被点击的算珠id

       if float(canvas.coords(content)[1]) + 20 <= 60:

           canvas.move(content, 0, 20)

           num2[row] = 0

       sum = get_sum()

       var.set(f"当前数值:{sum}")

 

   for i in range(5):

       canvas.tag_bind(top_oval[i], "<Button-1>", handler_adaptor2(handler2, fun=top_oval[i], row=i))

       canvas.tag_bind(top_oval[i], "<Button-3>", handler_adaptor2(handler4, fun=top_oval[i], row=i))

   for i in range(4):

       for j in range(5):

           canvas.tag_bind(below_oval[i][j], "<Button-1>", handler_adaptor(handler, fun=below_oval[i][j], row=i, col=j))

           canvas.tag_bind(below_oval[i][j], "<Button-3>", handler_adaptor(handler3, fun=below_oval[i][j], row=i, col=j))

 

if __name__ == "__main__":

   window = Tk()

   window.title("电子算盘")

   window.geometry("800x500")

   canvas = Canvas(window, width="800", height="500", bg="white")

   canvas.pack()

   ques = [0 for i in range(5)]

   myanw = [[0, 0]for i in range(5)]

   li = 0

   time, true, false = 0, 0, 0

   start_button, label_sum, username, entry_username = 0, 0, 0, 0

   username_text, window_showusername, window_time = 0, 0, 0

   label_time, window_question, window_answer = 0, 0, 0

   all_username = ""

   window_msg = 0

   var = StringVar()

   var_username = StringVar()

   var_question = StringVar()

   var_msg = StringVar()

   top_oval = [int for i in range(5)]  # 定义列表存储5个上珠

   below_oval = [[int for i in range(5)] for i in range(4)]  # 定义列表存储4*5个下珠

   chushi = [[0 for j in range(5)] for i in range(4)]  # 所有下珠的初始坐标

   num = [[0 for i in range(5)] for j in range(4)]  # 4*5个下珠分别是否被拨动

   num2 = [0 for i in range(5)]  # 五个上珠分别是否被拨动

   initWindow()

   bind()

   window.mainloop()

 

【运行测试】

<你的程序运行测试截图>

 

 

 

四 实验分析及问题思考

查找资料，结合实例代码，至少比较三种Python图形处理库或图像处理库的异同点。

【答案】<你的答案，要求要有示例说明>

在Python中有许多用于图形处理和图像处理的库，下面将对三种常用的图形处理库进行比较，它们分别是Matplotlib、Pillow和OpenCV。

Matplotlib:

Matplotlib是一个用于绘制高质量图形的Python库，支持各种图形类型，包括折线图、散点图、柱状图等。

Matplotlib具有较好的可视化功能，适用于数据可视化和绘制静态图形。

Matplotlib可以与NumPy等库很好地集成，支持生成2D图形和基本的3D图形。

Pillow:

Pillow是Python Imaging Library（PIL）的一个分支，提供了广泛的图像处理功能，包括图像打开、保存、裁剪、调整大小等。

Pillow支持各种图像格式，包括JPEG、PNG、GIF等，能够处理不同的图像数据。

Pillow功能强大且易于使用，适用于处理图像数据、图像编辑和简单的图像处理任务。

OpenCV:

OpenCV是一个专业的计算机视觉库，提供了丰富的图像处理和计算机视觉算法，包括特征提取、目标检测、图像分割等。

OpenCV支持实时图像处理和视频处理，适用于开发计算机视觉应用和自动化任务。

OpenCV提供了丰富的功能和算法，对于处理复杂的图像和视频数据有很好的支持。

在比较三种库时，可以根据具体需求和任务选择合适的库。如果需要绘制静态图形和数据可视化，则Matplotlib是一个不错的选择；如果需要处理图像数据和进行简单的图像编辑，则Pillow是一个好的选择；如果涉及到计算机视觉任务和处理复杂的图像数据，则OpenCV是最适合的库。

综上所述，Matplotlib适用于数据可视化、Pillow适用于图像处理和简单编辑、OpenCV适用于计算机视觉和图像处理。根据具体的需求和任务来选择合适的图形处理库。