Question

我是Python的新手，我有一个半径（R）的球体，中心为（x0，y0，z0）。现在，我需要找到那些在球体表面或球体内部的点，例如点（x1，y1，z1）满足（（x1-x0）** 2+（y1-y0）** 2+（z1-x0）* 82）** 1/2 <= R.我想仅以numpy数组的形式打印这些点的坐标。输出将是这样的-[[x11，y11，z11]，[x12，y12，z12]，...]。到目前为止，我有以下代码-

import numpy as np
import math

def create_points_around_atom(number,atom_coordinates):
    n= number
    x0 = atom_coordinates[0]
    y0 = atom_coordinates[1]
    z0 = atom_coordinates[2]
    R = 1.2
    for i in range(n):
        phi = np.random.uniform(0,2*np.pi,size=(n,))
        costheta = np.random.uniform(-1,1,size=(n,))
        u = np.random.uniform(0,1,size=(n,))
        theta = np.arccos(costheta)
        r = R * np.cbrt(u)
        x1 = r*np.sin(theta)*np.cos(phi) 
        y1 = r*np.sin(theta)*np.sin(phi)
        z1 = r*np.cos(theta)
        dist  = np.sqrt((x1-x0)**2+(y1-y0)**2+(z1-z0)**2)
        distance = list(dist)
        point_on_inside_sphere = []
        for j in distance:
            if j <= R:
                point_on_inside_sphere.append(j)
                print('j:',j,'\tR:',R)
                print('The list is:', point_on_inside_sphere)
                print(len(point_on_inside_sphere))
                kk =0
                for kk in range(len(point_on_inside_sphere)):
                    for jj in point_on_inside_sphere:
                        xx = np.sqrt(jj**2-y1**2-z1**2)
                        yy = np.sqrt(jj**2-x1**2-z1**2)
                        zz = np.sqrt(jj**2-y1**2-x1**2)
                    print("x:", xx, "y:", yy,"z:", zz)
                kk +=1

我正在运行它- create_points_around_atom(n=2,structure[1].coords) 其中，structure[1].coords是一个由三个坐标组成的numpy数组。

Answer 1

总结评论中讨论的内容以及其他几点：

由于u <= 1的意思是np.cbrt(u) <= 1，因此也r = R * np.cbrt(u) <= R，因此不需要过滤点，即所有点都已经在球的内部或表面上
使用np.random.uniform调用size=(n,)会创建一个n元素数组，因此无需循环执行n次。
您正在过滤距atom_coordinate的距离，但是生成的点以[0, 0, 0]为中心，因为您没有添加此偏移量。
将R作为参数传递似乎比对它进行硬编码更为明智。
无需像在C语言中有时那样在Python中“预加载”参数。
由于sin(theta)在球体上为非负数，因此您可以使用身份costheta从cos²(x) + sin²(x) = 1数组直接计算出来。

示例实现：

# pass radius as an argument
def create_points_around_atom(number, center, radius):

    # generate the random quantities
    phi         = np.random.uniform( 0, 2*np.pi, size=(number,))
    theta_cos   = np.random.uniform(-1,       1, size=(number,))
    u           = np.random.uniform( 0,       1, size=(number,))

    # calculate sin(theta) from cos(theta)
    theta_sin   = np.sqrt(1 - theta_cos**2)
    r           = radius * np.cbrt(u)

    # use list comprehension to generate the coordinate array without a loop
    # don't forget to offset by the atom's position (center)
    return np.array([
        np.array([
            center[0] + r[i] * theta_sin[i] * np.cos(phi[i]),
            center[1] + r[i] * theta_sin[i] * np.sin(phi[i]),
            center[2] + r[i] * theta_cos[i]
        ]) for i in range(number)
    ])

球上的点

1 个答案: