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Python 建模入门：三棱锥建模

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一、建模需求

使用matplotlib和numpy库来创建一个三棱锥模型。

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二、源代码

代码如下：

python">import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection
import matplotlib
matplotlib.use('TkAgg')# 定义顶点
vertices = np.array([[0, 0, 0],  # 底面中心[1, 0, 0],  # 底面顶点1[0, 1, 0],  # 底面顶点2[0, 0, 1]   # 顶点
])# 定义面
faces = [[vertices[0], vertices[1], vertices[2]],  # 底面[vertices[0], vertices[2], vertices[3]],  # 侧面1[vertices[0], vertices[1], vertices[3]],  # 侧面2[vertices[1], vertices[2], vertices[3]]   # 侧面3
]# 创建图形和轴
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')# 添加面到图形
for face in faces:poly = Poly3DCollection([face])poly.set_color('cyan')ax.add_collection3d(poly)# 设置轴的界限
ax.set_xlim([0, 1])
ax.set_ylim([0, 1])
ax.set_zlim([0, 1])# 显示图形
plt.show()

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三、代码分析

import numpy as np：导入numpy库，这是一个用于科学计算的库，提供了大量的数学函数和操作数组的能力。

import matplotlib.pyplot as plt：导入matplotlib.pyplot模块，它提供了一个类似于MATLAB的绘图框架。

from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection：从matplotlib的mpl_toolkits.mplot3d.art3d模块中导入Poly3DCollection类，这个类用于在三维空间中创建多边形集合。

import matplotlib：再次导入matplotlib库，这通常用于设置全局参数。

matplotlib.use(‘TkAgg’)：设置matplotlib的后端为TkAgg，这是一个用于创建图形界面的后端。这行代码确保了即使在没有交互式环境（如Jupyter Notebook）的情况下，也能正确显示图形。

#定义顶点：这是注释，说明接下来的代码块定义了三棱锥的顶点。

vertices = np.array([…])：定义了一个numpy数组，包含了三棱锥的四个顶点的坐标。

#定义面：这是注释，说明接下来的代码块定义了三棱锥的面。

faces = […]：定义了一个列表，包含了三棱锥的四个面的顶点索引。每个面由三个顶点组成，这些顶点在vertices数组中定义。

#创建图形和轴：这是注释，说明接下来的代码块用于创建图形和三维坐标轴。

fig = plt.figure()：创建一个新的图形对象。

ax = fig.add_subplot(111, projection=‘3d’)：在图形对象中添加一个子图，使用111表示这个子图占满整个图形，projection='3d’指定这个子图是三维的。

#添加面到图形：这是注释，说明接下来的代码块用于将三棱锥的面添加到三维坐标轴中。

for face in faces:：遍历faces列表中的每个面。

poly = Poly3DCollection([face])：为当前面创建一个Poly3DCollection对象。

poly.set_color(‘cyan’)：设置多边形集合的颜色为青色。

ax.add_collection3d(poly)：将多边形集合添加到三维坐标轴中。

#设置轴的界限：这是注释，说明接下来的代码块用于设置坐标轴的显示范围。

ax.set_xlim([0, 1])：设置x轴的显示范围从0到1。

ax.set_ylim([0, 1])：设置y轴的显示范围从0到1。

ax.set_zlim([0, 1])：设置z轴的显示范围从0到1。

#显示图形：这是注释，说明接下来的代码块用于显示图形。

plt.show()：显示图形窗口。

四、效果展示

总结

整体来看，这段代码创建了一个简单的三棱锥模型，并将其显示在一个三维空间中。每个面都是一个三角形，由三棱锥的顶点定义。