最近很火的电视剧《点燃我，温暖你》男主角学神和女主角课代表计算机考试实现的跳动的爱心，全程用代码复原真实的实现。

学神考试100分，只是因为试卷只有100分！

---

该剧改编自作家Twentine创作的小说《打火机与公主裙》，讲述了肆意张扬的编程天才李峋与勇敢坚韧的少女学霸朱韵，从青涩校园到职场拼搏几经波折，依然携手前行的爱情故事。

电视剧中的镜头：

1. 首先是路人同学的代码：
   
   虽然剧中说是“C 语言期中考试”，但这位同学的代码名叫 draw2.py，一个典型的 Python 文件，再结合截图中的 pen.forward、pen.setpos 等方法来看，应该是用 turtle 海龟作图库来画爱心。那效果通常是这样的：

import turtle as t
t.color('red')
t.setheading(50)
t.begin_fill()
t.circle(-100, 170)
t.circle(-300, 40)
t.right(38)
t.circle(-300, 40)
t.circle(-100, 170)
t.end_fill()
t.done()

而不是剧中那个命令行下用 1 组成的不规则的图形。

2. 然后是课代表向路人同学展示的优秀代码：

实现效果：

这确实是C语言代码了，但文件依然是以 .py 为后缀，并且 include 前面没有加上 #，这显然是没法运行的。

里面的内容是可以画出爱心的，用的是这个爱心曲线公式：

然后遍历一个 15*17 的方阵，计算每个坐标是在曲线内还是曲线外，在内部就输出 # 或 *，外部就是 -。

用 python 改写一下是这样的：

for y in range(9, -6, -1):
    for x in range(-8, 9):
        print('*##*'[(x+10)%4] if (x*x+y*y-25)**3 < 25*x*x*y*y*y else '-', end=' ')
    print()

效果：

稍微改一下输出，还能做出前面那个全是 1 的效果：

for y in range(9, -6, -1):
    for x in range(-8, 9):
        print('1' if (x*x+y*y-25)**3 < 25*x*x*y*y*y else ' ', end=' ')
    print()

效果：

但跟剧中所谓的效果相去甚远。

3. 最后是主角狂拽酷炫 D 炸天的跳动爱心：
   
   代码有两个片段：

但这两个片段也不 C 语言，而是 C++，且两段并不是同一个程序，用的方法也完全不一样。

第一段代码跟前面一种思路差不多，只不过没有直接用一条曲线，而是上半部用两个圆形，下半部用两条直线，围出一个爱心。

改写成 Python 代码：

size = 10
for x in range(size):
    for y in range(4*size+1):
        dist1 = ((x-size)**2 + (y-size)**2) ** 0.5
        dist2 = ((x-size)**2 + (y-3*size)**2) ** 0.5
        if dist1 < size + 0.5 or dist2 < size + 0.5:
            print('V', end=' ')
        else:
            print(' ', end=' ')
    print()

for x in range(1, 2*size):
    for y in range(x):
        print(' ', end=' ')
    for y in range(4*size+1-2*x):
        print('V', end=' ')
    print()

运行效果：

第二段代码用的是基于极坐标的爱心曲线，是遍历角度来计算点的位置。公式是：

计算出不同角度对应的点坐标，然后把它们连起来，就是一个爱心。

from math import pi, sin, cos
import matplotlib.pyplot as plt
no_pieces = 100
dt = 2*pi/no_pieces
t = 0
vx = []
vy = []
while t <= 2*pi:
    vx.append(16*sin(t)**3)
    vy.append(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t))
    t += dt
plt.plot(vx, vy)
plt.show()

效果：

代码中循环时用到的 2π 是为了保证曲线长度足够绕一个圈，但其实长一点也无所谓，即使 π=100 也不影响显示效果，只是相当于同一条曲线画了很多遍。所以剧中代码里写下 35 位小数的 π，还被女主用纸笔一字不落地抄写下来，实在是让程序员无法理解的迷惑行为。

但不管写再多位的 π，上述两段代码都和最终那个跳动的效果差了太多。

---

跳动爱心实现

下面就来挑战一下用 Python 实现最终的那个跳动爱心的效果。

1. 想要绘制动态的效果，必定要借助一些库的帮助，不然代码量肯定会让你感动得想哭。这里我们将使用 pgzero 库。然后结合最后那个极坐标爱心曲线代码，先绘制出曲线上离散的点。

import pgzrun
from math import pi, sin, cos

no_p = 100
dt = 2*3/no_p
t = 0
x = []
y = []
while t <= 2*3:
    x.append(16*sin(t)**3)
    y.append(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t))
    t += dt

def draw():
    screen.clear()
    for i in range(len(x)):
        screen.draw.filled_rect(Rect((x[i]*10+400, -y[i]*10+300), (4, 4)), 'pink')

pgzrun.go()

效果：

2. 把点的数量增加，同时沿着原点到每个点的径向加一个随机数，并且这个随机数是按照正态分布来的（半个正态分布），大概率分布在曲线上，向曲线内部递减。这样，就得到这样一个随机分布的爱心效果。

...
no_p = 20000
...
while t <= 2*pi:
    l = 10 - abs(random.gauss(10, 2) - 10)
    x.append(l*16*sin(t)**3)
    y.append(l*(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t)))
    t += dt
...

3. 下面就是让点动起来，这步是关键，也有一点点复杂。为了方便对于每个点进行控制，这里将每个点自定义成了一个 Particle 类的实例。从原理上来说，就是给每个点加一个缩放系数，这个系数是根据时间变化的正弦函数，看起来就会像呼吸的节律一样。

class Particle():
    def __init__(self, pos, size, f):
        self.pos = pos
        self.pos0 = pos
        self.size = size
        self.f = f

    def draw(self):
        screen.draw.filled_rect(Rect((10*self.f*self.pos[0] + 400, -10*self.f*self.pos[1] + 300), self.size), 'hot pink')

    def update(self, t):
        df = 1 + (2 - 1.5) * sin(t * 3) / 8
        self.pos = self.pos0[0] * df, self.pos0[1] * df

...

t = 0
def draw():
    screen.clear()
    for p in particles:
        p.draw()

def update(dt):
    global t
    t += dt
    for p in particles:
        p.update(t)

4. 剧中爱心跳动时，靠中间的点波动的幅度更大，有一种扩张的效果。所以再根据每个点距离原点的远近，再加上一个系数，离得越近，系数越大。

class Particle():
    ...
    def update(self, t):
        df = 1 + (2 - 1.5 * self.f) * sin(t * 3) / 8
        self.pos = self.pos0[0] * df, self.pos0[1] * df

效果：

5. 最后再用同样的方法画一个更大一点的爱心，这个爱心不需要跳动，只要每一帧随机绘制就可以了。

def draw():
    ...
    t = 0
    while t < 2*pi:
        f = random.gauss(1.1, 0.1)
        x = 16*sin(t)**3
        y = 13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t)
        size = (random.uniform(0.5,2.5), random.uniform(0.5,2.5))
        screen.draw.filled_rect(Rect((10*f*x + 400, -10*f*y + 300), size), 'hot pink')
        t += dt * 3

效果：

把两个代码效果合在一起运行，效果如下：

总结一下，就是在原本的基础爱心曲线上加上一个正态分布的随机量、一个随时间变化的正弦函数和一个跟距离成反比的系数，外面再套一层更大的随机爱心，就得到类似剧中的跳动爱心效果。