Python實(shí)現(xiàn)病毒仿真器的方法示例(附demo)

更新時(shí)間：2020年02月19日 16:21:57 作者：HL是限量版

這篇文章主要介紹了Python實(shí)現(xiàn)病毒仿真器的方法示例，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

最近新冠在神州大陸橫行，全國(guó)上下一心抗擊疫情。作為一枚程序員，我也希望可以為抗擊疫情做出自己的貢獻(xiàn)，鐘院士一直勸說(shuō)大家不要出門(mén)，減少人口間的流動(dòng)。對(duì)此，我特意做了一個(gè)病毒仿真器，探詢冠狀病毒傳播。

1. 仿真效果

仿真開(kāi)始，一開(kāi)始只有5個(gè)發(fā)病者，傳播率為0.8，潛伏期為14天

由于人口的流動(dòng)，以及醫(yī)院床位的隔離，一開(kāi)始病毒擴(kuò)撒不是很速度

隨著醫(yī)院床位滿了，隔離失敗，加上人口的流動(dòng)，病患數(shù)開(kāi)始幾何式的增加

2. 什么是仿真器

仿真器（emulator）以某一系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)另一系統(tǒng)的功能。與計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)（Computer Simulation）的區(qū)別在于，仿真器致力于模仿系統(tǒng)的外在表現(xiàn)、行為，而不是模擬系統(tǒng)的抽象模型。

3. python如何實(shí)現(xiàn)仿真器

現(xiàn)在來(lái)談?wù)劮抡嫫鲗?shí)現(xiàn)的原理。仿真器使用Python和PyQt5實(shí)現(xiàn)。PyQt5是封裝了Qt library的跨平臺(tái)GUI開(kāi)發(fā)庫(kù)，基于Python語(yǔ)言。

這里主要涉及到仿真器效果繪制，以及如何模擬多個(gè)參數(shù)。先來(lái)說(shuō)一下繪制市民的狀態(tài)。繪制的工作通過(guò)drawing.py文件的Drawing類來(lái)完成。該類是QWidget的子類，這也就意味著Drawing類本身是PyQt5的一個(gè)組件。與按鈕、標(biāo)簽類似。只是并不需要往Drawing上放置任何子組件。只要在Drawing上繪制各種圖形即可。

在PyQt5中，任何一個(gè)QWidget的子類，都可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)paintEvent方法，當(dāng)組件每次刷新時(shí)，就會(huì)調(diào)用paintEvent方法重新繪制組件的內(nèi)容。Drawing類中paintEvent方法的代碼如下：

 # 每次Drawing刷新，都會(huì)調(diào)用該方法
  def paintEvent(self,event):
    qp = QPainter()
    qp.begin(self)
    self.drawing(qp) # 繪制城市的各種狀態(tài)的市民
    qp.end()

在繪制圖像前，需要?jiǎng)?chuàng)建QPainter對(duì)象，然后調(diào)用QPainter對(duì)象的begin方法，結(jié)束繪制后，需要調(diào)用QPainter對(duì)象的end方法。上面代碼中的drawing方法用于完成具體的繪制工作。

仿真器設(shè)置一個(gè)人員池，來(lái)進(jìn)行人員的流動(dòng)性

class Persons(metaclass=Singleton):
  def __init__(self):
    self.persons = []          # 保存所有的人員
    self.latency_persons = []      # 保存處于潛伏期的人員
 
    city = City(Params.city_center_x,Params.city_center_y)
 
    for value in range(0, Params.city_person_count):
      x = Params.person_position_scale * next_gaussian() + city.center_x
      y = Params.person_position_scale * next_gaussian() + city.center_y
      if x > Params.city_width:
        x = Params.city_width
      if y > Params.city_height:
        y = Params.city_height
      self.persons.append(Person(city,x,y))
  # 獲取特定人群的數(shù)量
  def get_person_size(self,state):
    if state == -1:
      return len(self.persons)
    count = 0
    for person in self.persons:
      if person.state == state:
        count += 1
    return count

仿真代碼

from PyQt5.QtWidgets import *
from socket import *
 
class Transmission:
  def __init__(self,ui):
    self.ui = ui
    self.host = 'localhost'
    self.port = 5678
    self.addr = (self.host,self.port)
 
  def send_command(self,command,value=None):
    tcp_client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_client_socket.connect(self.addr)
 
    if value == None:
      value = 0
 
    data = command + ':' + str(value)
    tcp_client_socket.send(('%s\r\n' % data).encode(encoding='utf-8'))
    data = tcp_client_socket.recv(1024)
    result = data.decode('utf-8').strip()
    tcp_client_socket.close()
    return result
  def setup(self):
    self.ui.horizontalSliderBedCount.valueChanged.connect(self.bed_count_value_change)
    self.ui.pushButtonUpdateBedCount.clicked.connect(self.update_bed_count)
 
    self.ui.horizontalSliderFlowIntention.valueChanged.connect(self.flow_intention_value_change)
    self.ui.pushButtonFlowIntention.clicked.connect(self.update_flow_intention)
 
    self.ui.horizontalSliderBroadRate.valueChanged.connect(self.broad_rate_value_change)
    self.ui.pushButtonBroadRate.clicked.connect(self.update_broad_rate)
 
    self.ui.horizontalSliderLatency.valueChanged.connect(self.latency_value_change)
    self.ui.pushButtonLatency.clicked.connect(self.update_latency)
 
    self.ui.pushButtonClose.clicked.connect(self.close_virus_simulation)
 
  def bed_count_value_change(self):
    self.ui.labelBedIncrement.setText(
      f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#0000ff;\">{self.ui.horizontalSliderBedCount.value()}</span></p></body></html>')
 
  def update_bed_count(self):
    print(self.ui.horizontalSliderBedCount.value())
    result = self.send_command('add_bed_count', self.ui.horizontalSliderBedCount.value())
    if result == 'ok':
      QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, '消息', f'成功添加了{(lán)self.ui.horizontalSliderBedCount.value()}張床位',
                  QMessageBox.Ok)
 
  def flow_intention_value_change(self):
    self.ui.labelFlowIntention.setText(
      f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#fc02ff;\">{self.ui.horizontalSliderFlowIntention.value() / 100}</span></p></body></html>')
 
  def update_flow_intention(self):
    result = self.send_command('set_flow_intention', self.ui.horizontalSliderFlowIntention.value())
    if result == 'ok':
      QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, '消息',
                  f'成功設(shè)置流動(dòng)意向?yàn)閧self.ui.horizontalSliderFlowIntention.value() / 100}', QMessageBox.Ok)
 
  def broad_rate_value_change(self):
    self.ui.labelBroadRate.setText(
      f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#fc0107;\">{self.ui.horizontalSliderBroadRate.value() / 100}</span></p></body></html>')
 
  def update_broad_rate(self):
    result = self.send_command('set_broad_rate', self.ui.horizontalSliderBroadRate.value())
    if result == 'ok':
      QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, '消息',
                  f'成功設(shè)置傳播率為{self.ui.horizontalSliderBroadRate.value() / 100}', QMessageBox.Ok)
 
  def latency_value_change(self):
    self.ui.labelLatency.setText(
      f'<html><head/><body><p><span style=\" font-size:24pt; color:#ffff0a;\">{self.ui.horizontalSliderLatency.value()}</span></p></body></html>')
 
  def update_latency(self):
    result = self.send_command('set_latency', self.ui.horizontalSliderLatency.value())
    if result == 'ok':
      QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, '消息', f'成功設(shè)置傳播率為{self.ui.horizontalSliderLatency.value()}',
                  QMessageBox.Ok)
 
  def close_virus_simulation(self):
    reply = QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, "請(qǐng)問(wèn)", "是否真的要關(guān)閉病毒擴(kuò)散仿真器？",
                    QMessageBox.Yes | QMessageBox.No, QMessageBox.No)
    if reply == QMessageBox.Yes:
      result = self.send_command('close')
      if result == 'ok':
        QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, '消息', '已經(jīng)成功關(guān)閉病毒擴(kuò)散仿真器', QMessageBox.Ok)

設(shè)置變量

class Params:
  success = False
 
  # 初始感染人數(shù)
  original_infected_count = 50
 
  # 病毒傳播率
  broad_rate = 0.8
 
  # 病毒潛伏期，14天
  virus_latency = 140
 
  # 醫(yī)院收治響應(yīng)時(shí)間
  hospital_receive_time = 10
 
  # 醫(yī)院床位
  hospital_bed_count = 100
 
  # 安全距離
  safe_distance = 2
 
  # 平均流動(dòng)意向[-3,3]  值越大，流動(dòng)意向越強(qiáng)
  average_flow_intention = 3
 
  # 城市總?cè)丝跀?shù)量
  city_person_count = 5000
 
  # 病死率
  fatality_rate = 0.02
 
  # 死亡時(shí)間
  dead_time = 30
  # 死亡時(shí)間方差
  dead_variance = 30
 
  # 城市寬度
  city_width = 1100
 
  # 城市高度
  city_height = 800
 
  # 醫(yī)院寬度（需要計(jì)算獲得）
  hospial_width = 0
 
  # 城市中心x坐標(biāo)
  city_center_x = 550
 
  # 城市中心y坐標(biāo)
  city_center_y = 400
 
  # 用于計(jì)算城市中每個(gè)人隨機(jī)位置的scale（用于正態(tài)分布）
  person_position_scale = 200
 
  current_time = 1 # 當(dāng)前時(shí)間

我們可以根據(jù)這些修改仿真頁(yè)面