python二维质心

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mob64ca12eb3858 2024-11-08 13:41:58 ©著作权

文章标签 二维 Python 类图 文章分类 Python 后端开发

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Python 二维质心的计算

在二维空间中，质心（或称重心、平均点）是物体的“中心”点。对于一组点而言，质心是所有点的坐标的平均值。本文将介绍如何通过 Python 来计算一组二维点的质心，同时将用到一些简单的类结构来提升代码的组织性。

什么是质心？

在数学和物理学中，质心是一个物体所有组成点的“平均”位置。对于一组点 ((x_1, y_1), (x_2, y_2), ..., (x_n, y_n))，质心 (C) 的计算公式如下：

[ C_x = \frac{x_1 + x_2 + ... + x_n}{n} ] [ C_y = \frac{y_1 + y_2 + ... + y_n}{n} ]

代码实现

我们可以创建一个类 Point 来表示二维空间中的一个点，并创建一个类 CentroidCalculator 来计算多个点的质心。以下是代码实现：

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

class CentroidCalculator:
    def __init__(self, points):
        self.points = points
        
    def calculate_centroid(self):
        if not self.points:
            raise ValueError("Point list is empty")
        
        sum_x = sum(point.x for point in self.points)
        sum_y = sum(point.y for point in self.points)
        n = len(self.points)
        
        centroid_x = sum_x / n
        centroid_y = sum_y / n
        
        return Point(centroid_x, centroid_y)

代码解析

Point类：用于表示一个点，包含初始化方法 __init__，接收 (x) 和 (y) 坐标。
CentroidCalculator类：构造函数接收一个点的列表，calculate_centroid 方法计算并返回质心位置。它还包含了一些基础的错误处理逻辑，比如当点的列表为空时抛出异常。

使用示例

接下来，我们将创建一些点并计算它们的质心：

if __name__ == "__main__":
    points = [
        Point(1, 2),
        Point(3, 4),
        Point(5, 6),
        Point(7, 8)
    ]
    
    calculator = CentroidCalculator(points)
    centroid = calculator.calculate_centroid()
    print(f"Centroid is at: ({centroid.x}, {centroid.y})")

在上面的示例中，我们创建了四个点，最后输出它们的质心。执行此代码将输出：

Centroid is at: (4.0, 5.0)

类图

为了更好地理解代码的结构，我们可以用类图表示出 Point 和 CentroidCalculator 之间的关系。以下是相应的类图：

classDiagram
    class Point {
        +float x
        +float y
        +__init__(x: float, y: float)
    }
    
    class CentroidCalculator {
        +List<Point> points
        +__init__(points: List<Point>)
        +calculate_centroid() Point
    }
    
    CentroidCalculator --> Point : contains