[Python知识库] Python程序设计实验9：GUI编程

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[Python知识库]Python程序设计实验9：GUI编程

实验过程及内容（实验思路，代码实现过程以及运行并测试结果）：

编写 GUI 程序，如图所示，显示 10个随机颜色的球并放置在随机位置，按Display 键更新球颜色和位置。

【解题思路】

利用tkinter进行GUI页面可视化；
在中心定义画布与按钮以显示小球以及刷新按钮；
对于每个小球，可以利用随机数，随机生成各个小球的位置与小球的颜色；
每次生成新的小球后，需要删除原先的小球。

【编程实现】

# 引入头文件
from tkinter import *
from random import *


# 定义回调函数
def DisplayBall():
    # 清除画布上原有小球
    canvas.delete('all')
    # 利用循环生成10个小球
    for i in range(10):
        # 随机生成小球圆心坐标
        Pos_x = randint(50, 450)
        Pos_y = randint(50, 250)
        # 定义小球的半径
        radius = 7
        # 获取随机颜色
        r = lambda: randint(0, 255)
        color = "#%02x%02x%02x" % (r(), r(), r())
        # 将小球添加到画布上
        canvas.create_oval(Pos_x, Pos_y, Pos_x + radius, Pos_y + radius, fill=color, outline="black", tag="ball")


root = Tk()
root.title('Random balls')
label = Label(root, text="click button to get balls!")
label.pack()  # 在窗口中显示标签
root.minsize(600, 400)  # 冻结窗口大小
root.maxsize(600, 400)
canvas = Canvas(root, width=500, height=300)  # 添加画布
canvas.pack()
button = Button(root, text="Display", command=DisplayBall)  # 定义按你
button.pack()  # 在窗口中显示按钮
root.mainloop()

首先引入对应的库，用于生成随机数和实现可视化；
定义回调函数，用于生成小球。首先，每次生成新的小球之前需要清除之前的小球，直接清除画布上所有元素即可。利用循环，循环10次即可生成10个小球。对于每次循环生成的每个小球，利用随机数生成器，生成一定范围内的小球。此处需额外注意，生成的小球范围不能过大。横坐标应大于画布左坐标加半径，小于画布右坐标减半径；纵坐标大于画布上坐标加半径，小于画布下坐标减半径。否则将出现小球被边界部分遮挡的情况。生成完随机数后，直接在画布上添加小球即可；
主函数定义TK窗口，画布，按钮等元素，并设置窗口大小等信息。此处注意，需将窗口大小冻结，否则如果用户自行调整窗口大小，容易造成窗口排版混乱。

【运行并测试】

运行程序，显示如下：
点击“Display”按钮，可以看到小球都显示在屏幕上。
再次点击“Display”按钮，可以看到小球的位置刷新了。

编写 GUI 程序，求解线性方程组 $\left\{ \begin{aligned} ax +by& = & \ e\\ cx+dy & = & \ f \\ \end{aligned} \right.$ ：自行设计 GUI 界面，允许用户在输入框中输入参数 a、b、c、d、e、f，并输出方程组的解。

【解题思路】
本题的解体思路比较简单，获取输入，计算输出结果即可。

利用tkinter进行GUI页面可视化；
使用entry获取6个参数的输入；
进行计算，并利用messageBox弹出结果。

【编程实现】

# 引入头文件
from tkinter import *
from tkinter import messagebox


class LinearFormula:
    def __init__(self):
        # 定义窗口布局
        root = Tk()
        root.title('Linear formula')
        label1 = Label(root, text="click button to get linear solutions!")
        label1.pack()  # 在窗口中显示标签
        root.minsize(600, 250)  # 冻结窗口大小
        root.maxsize(600, 250)
        self.canvas = Canvas(root, width=500, height=200)  # 添加画布
        self.canvas.pack()

        # 获取输入
        self.value_a = 0
        self.value_b = 0
        self.value_c = 0
        self.value_d = 0
        self.value_e = 0
        self.value_f = 0
        # a:
        Label(root, text="a=").place(x=50, y=150)
        self.input_a = Entry(width=5)
        self.input_a.place(x=70, y=150)
        # b:
        Label(root, text="b=").place(x=130, y=150)
        self.input_b = Entry(width=5)
        self.input_b.place(x=150, y=150)
        # c:
        Label(root, text="c=").place(x=210, y=150)
        self.input_c = Entry(width=5)
        self.input_c.place(x=230, y=150)
        # d:
        Label(root, text="d=").place(x=290, y=150)
        self.input_d = Entry(width=5)
        self.input_d.place(x=310, y=150)
        # e:
        Label(root, text="e=").place(x=370, y=150)
        self.input_e = Entry(width=5)
        self.input_e.place(x=390, y=150)
        # f:
        Label(root, text="f=").place(x=450, y=150)
        self.input_f = Entry(width=5)
        self.input_f.place(x=470, y=150)
        # 定义按钮
        button = Button(root, text="Calculate", command=self.GetValue)  # 定义按你
        button.place(x=250, y=180)  # 在窗口中显示按钮
        root.mainloop()

    # 定义回调函数
    def GetValue(self):
        res = ""
        # 避免空输入异常
        try:
            self.value_a = 0
            self.value_b = 0
            self.value_c = 0
            self.value_d = 0
            self.value_e = 0
            self.value_f = 0
            self.value_a = int(self.input_a.get())
            self.value_b = int(self.input_b.get())
            self.value_c = int(self.input_c.get())
            self.value_d = int(self.input_d.get())
            self.value_e = int(self.input_e.get())
            self.value_f = int(self.input_f.get())
        except ValueError:
            res += "Null value of input is replaced by zero!\n"
        res += "Input:\n"
        res += str(self.value_a) + 'x+' + str(self.value_b) + 'y=' + str(self.value_c) + '\n'
        res += str(self.value_d) + 'x+' + str(self.value_e) + 'y=' + str(self.value_f) + '\n'
        res += "Solution:\n"
        # 判断解的情况
        if self.value_a * self.value_e != self.value_b * self.value_d:
            # 有一组解
            res += ('x=' + str((self.value_b * self.value_f - self.value_e * self.value_c) / (
                    self.value_b * self.value_d - self.value_a * self.value_e)) + '\n')
            res += ('y=' + str((self.value_a * self.value_f - self.value_d * self.value_c) / (
                    self.value_a * self.value_e - self.value_b * self.value_d)) + '\n')
        elif self.value_b * self.value_f == self.value_e * self.value_c:
            # 无数组解
            res += 'x,y has infinity solutions.\n'
        else:
            res += 'x,y has no solutions.\n'
        messagebox.showinfo(title='Hi', message=res)


LinearFormula()

首先，定义页面的布局，定义窗口，页面的标签，以及上方提示语。并将窗口大小冻结，以防用户自行调整窗口大小造成排版混乱；
定义6个变量，并利用label和entry原件获得提示和输入。并选择固定定位将几个原件布局在窗口上；
定义1个按钮并绑定获取值的函数，进行结果的计算；
在获取值的函数中，首先从输入框中获取6个数的值。此处注意，需要使用try……exception对异常进行抓取以防出现输入为空值的情况。获取输入后，不能直接进行计算，需要分三种情况进行计算，即，有一个解，有无数个解和无解。

【运行并测试】

运行程序，展示如下：
当输入框留空时，会以0值默认进行计算。并在弹出的对话框中给出提示。
如果有唯一解时，计算结果如下：
如果无解解时，给出提示如下：
如果有无穷多个解时，给出提示如下：

编写 GUI 程序，如图所示，显示两个半径为 20 的圆，并用一条线连接这两个圆的圆心。要求：
（1）两圆心之间的距离在线上显示。
（2）允许用户拖动任何一个圆时，圆和直线跟随移动，两圆之间的距离更新。
（3）要求两圆不能重叠。

【解题思路】
本题的解体思路相对复杂，需要对鼠标的操作进行监听。

首先初始化画布界面，展示一些基础的元素；
然后监听鼠标，并持续刷新两圆的位置，并对圆的相交性进行判断；
两圆是否相交可以通过判断圆心距是否小于直径进行判断，如果小于等于直径，则可认为两圆相交；
当发现两圆相交后，弹出提示框并恢复两圆初始位置。

【编程实现】

from tkinter import *
from tkinter import messagebox


class DragCircle:
    def __init__(self):
        # 初始化窗口界面
        root = Tk()
        root.title("DragCircle")
        root.minsize(600, 400)
        root.maxsize(600, 400)
        Label(root, text="Drag circles and get distance!").pack()
        self.canvas = Canvas(root, width=500, height=300, bg='white')
        self.canvas.pack()
        # 定义两圆的坐标和半径
        self.x1 = 100
        self.y1 = 100
        self.x2 = 400
        self.y2 = 200
        self.r = 20

        # 做出相关元素
        self.display_ele()

        # 监听鼠标
        self.canvas.bind("<B1-Motion>", self.MouseEvent)

        root.mainloop()

    # 定义计算距离函数
    def get_dis(self):
        return ((self.x1 - self.x2) ** 2 + (self.y1 - self.y2) ** 2) ** 0.5

    # 定义更新画布函数
    def display_ele(self):
        # 做出两个圆
        self.canvas.delete('all')
        self.canvas.create_oval(self.x1 - self.r, self.y1 - self.r, self.x1 + self.r, self.y1 + self.r, fill='red',
                                tag='circle1', )
        self.canvas.create_oval(self.x2 - self.r, self.y2 - self.r, self.x2 + self.r, self.y2 + self.r, fill='red',
                                tag='circle2', )
        # 做出距离直线
        self.canvas.create_line(self.x1, self.y1, self.x2, self.y2, tags='line')
        # 显示距离
        self.canvas.create_text((self.x1 + self.x2) / 2, (self.y1 + self.y2) / 2, text="{:.2f}".format(self.get_dis()),
                                tags='dis')

    # 定义相交处理函数
    def intersect(self):
        messagebox.showinfo("Illegal Position!", "Forbidden to intersect")
        self.x1 = 100
        self.y1 = 100
        self.x2 = 400
        self.y2 = 200
        self.display_ele()

    # 定义鼠标运动函数
    def MouseEvent(self, event):
        cur_x, cur_y = event.x, event.y
        # 判断操作哪个圆
        if self.x1 - self.r < cur_x < self.x1 + self.r and self.y1 - self.r < cur_y < self.y1 + self.r:
            # 判断相交
            if self.get_dis() <= 2 * self.r:
                self.intersect()
                return
            # 更新位置
            self.x1 = cur_x
            self.y1 = cur_y
            self.display_ele()

        elif self.x2 - self.r < cur_x < self.x2 + self.r and self.y2 - self.r < cur_y < self.y2 + self.r:
            # 判断相交
            if self.get_dis() <= 2 * self.r:
                self.intersect()
                return
            # 更新位置
            self.x2 = cur_x
            self.y2 = cur_y
            self.display_ele()


DragCircle()

首先定义DragCircle类；
设置基础参数，如提示标签，并将画布初始化；
定义圆的参数，半径，两圆的圆心坐标；
定义展示相关元素函数：在函数中首先清空画布，然后依次以x1，y1,x2,y2为圆心，以20为半径做出两圆。再利用划线工具画出距离直线。调用求距离函数计算出距离后直接展示在两圆心中间；
定义相交处理函数，当检测到两圆发生重叠时，直接调用该函数，重置圆的位置并弹出警告提示框，提示两圆重叠；
定义鼠标运动函数。首先从监听处获取鼠标坐标。然后依次与两个圆进行比较，判断点击鼠标时，操作了哪个圆。然后进行相交检测，如果相交则调用相交检测函数进行处理。如果未相交，则更新位置，并重新展示画布。

【运行并测试】

运行程序，展示如下：
拖动小球，可以发现，可以实时看到显示的距离：
当检测到重叠时，弹出如下对话框：
弹出对话框后恢复初始位置：

编写 GUI 程序，如图所示，用户单击 Browse 按钮打开一个文件对话框，然后选择一个文件，选择的文件显示在输入字段中。单击 ShowResult 按钮计算和显示文件中每个字母的出现次数。
提示：自学 tkinter.filedialog 中的 askopenfilename 对象（from tkinter.filedialog import askopenfilename）实现文件对话框功能：选择打开的文件，返回文件名。

【解题思路】

首先初始化界面，展示一些基础的元素；
通过按钮调用askopenfilename打开文件，并返回已选择文件的绝对路径；
利用输入流，从获得的绝对路径中获取输入，并拼接成字符串；
利用循环依次查找各个字符，并统计结果。将统计结果回显在Text组件上。

【编程实现】

import tkinter
from tkinter import *
from tkinter.filedialog import askopenfilename


class BrowseToCount:
    def __init__(self):
        # 初始化窗口界面
        root = Tk()
        root.title("Browse and count!")
        root.minsize(600, 400)
        root.maxsize(600, 400)
        Label(root, text="Browse to select a file to count letters!").pack()
        self.resText = tkinter.Text(root, height=18, width=50, bg='white', font=16, state=tkinter.DISABLED)
        self.resText.pack()
        self.pathText = tkinter.Text(root, height=3, width=40, bg='white', font=16, state=tkinter.DISABLED)
        self.pathText.place(x=50, y=332)
        self.file_path = ""
        button1 = Button(root, text="Browse", command=self.GetPath)
        button1.place(x=400, y=330)
        button1 = Button(root, text="Show Result", command=self.getRes)
        button1.place(x=480, y=330)
        root.mainloop()

    # 定义获取路径方法
    def GetPath(self):
        self.file_path = askopenfilename(title='Select a file to count letters!', filetypes=[('All Files', '*')],
                                         initialdir='../')
        self.pathText.configure(state=tkinter.NORMAL)
        self.pathText.delete('1.0', 'end')
        self.pathText.insert('1.1', self.file_path)
        self.pathText.configure(state=tkinter.DISABLED)

    # 定义获取结果方法
    def getRes(self):
        self.resText.configure(state=tkinter.NORMAL)
        self.resText.delete('1.0', 'end')
        # 读入文件
        inputFile = open(self.file_path, "r", encoding='UTF-8')
        temp = ""
        # 循环进行处理
        while True:
            # 按行读入
            line = inputFile.readline()
            temp += line
            if not line:
                break
            if line == '\n':
                continue
        # A 65 a 97
        for i in range(0, 26):
            res = temp.count(chr(97 + i))
            self.resText.insert(str(i + 1) + '.0', chr(97 + i) + ' appears ' + str(res) + ' times.\n')
            res = temp.count(chr(65 + i))
            self.resText.insert('end', chr(65 + i) + ' appears ' + str(res) + ' times.\n')
        self.resText.configure(state=tkinter.DISABLED)


BrowseToCount()

首先初始化窗口界面，定义窗口标签等基础原件；
在主窗口中定义两个Text框用于显示路径和统计结果。并定义两个按钮，绑定对应的获取路径函数和统计函数。为了防止用户私自修改文本框中内容，文本框再无需修改内容时属性均为disable。当且仅当需要修改内容时，再将属性修改为normal；
获取路径方法：直接调用askopenfilename函数，弹出对话框，获取用户的文件管理器，并返回路径。获取路径后更新路径文本框中内容；
获取结果方法：首先利用输入流载入文件，并拼接成字符串。再利用一个循环遍历26个英文字母及其大小写。对于每个字母，利用ASCII去遍历并转为对应字符后，调用count函数获取字符出现的次数，并更新Text内容直至遍历完所有字符。

【运行并测试】

运行程序，界面如下：
点击Browse按钮，调用文件管理器，进行文件的选择。
选择一个文件后点击打开，可以看到，文件的绝对路径已经显示在文本框里。
点击Show Result按钮，显示统计结果。
可以看到统计结果已经展示了，并且可以通过滚动鼠标来查看全部统计结果。

实验结论：

通过本次实验我学会了使用tkinter进行GUI界面的实现，学会了从console到界面的转换。编程过程中也遇到了一些需要注意的地方，具体有如下几点：

第一题的编写过程中，偶然发现，出现了部分随机生成的小球只显示一半的情况，通过分析代码，发现这是由于产生随机值时的随机坐标过于接近画布的边界，从而造成部分小球被遮挡住，从而只显示一部分。
解决办法：只需修改小球坐标随机数的范围即可解决
在这次实验中，发现如果窗口是可以随意调整大小的，就容易出现用户任意调整窗口大小，从而造成布局混乱的情况。因此，可以使用maxsize和minsize冻结窗口大小，避免用户调整窗口大小造成的布局混乱
在2题中，编程过程中遇到了如下报错：

经过分析，这是由于输入框为空的时候获取输入造成的。因此，为了避免这种情况，我使用try exception语句对异常进行捕获，当出现因空值而不能读入的情况，直接赋值为0并在弹出窗口中进行提示。
在2题中，对二元一次方程求解过程中，通过分析得知，二元一次方程解的情况有三种可能，即有一个解，无解，有无穷多个解，在计算操作过程中需要分类处理，不能一并处理。
最后一题中，编程过程中也发现了一个问题，如果用户不慎修改了文本框中的内容，将造成显示错误。因此需要将文本框的状态改为只可读不可写状态。可以将文本框的属性在不需修改值的时候设置为disable，在需要修改值的时候修改为normal，并在修改完成之后再设置为disable。这就避免了用户私自修改错误的发生。