零基础也能懂!用Python做抛硬币概率动态模拟
- 2026-07-02 16:53:59
零基础也能懂!用Python做抛硬币概率动态模拟
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🎯 零基础也能懂！用Python做抛硬币概率动态模拟
你有没有想过，抛一枚硬币，正面朝上的概率真的是50%吗？今天我们就用Python来做一个有趣的动态模拟，亲眼看着概率逐渐趋近于50%！
一、代码展示
先看完整的代码，然后我们一步步拆解：
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import random
# 解决中文显示
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei", "Microsoft YaHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
# —————— 配置总模拟次数 ——————
TOTAL_TIMES = 300
# 创建画布
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 4))
ax.set_xlim(0, 100)
ax.set_ylim(-0.5, 2.5)
ax.set_title("抛硬币概率动态模拟", fontsize=16, pad=20)
# 数据初始化
labels = ["正面", "反面"]
counts = [0, 0]
colors = ["#ff5555", "#3399ff"]
# 横向柱状图
bars = ax.barh(labels, [0, 0], color=colors)
# 百分比文字
text_pct1 = ax.text(0, 0, "", va="center", fontsize=13, fontweight="bold")
text_pct2 = ax.text(0, 1, "", va="center", fontsize=13, fontweight="bold")
# 次数显示文字
text_count = ax.text(30, 2.2, "", fontsize=14, fontweight="bold", color="blue")
# —————— 动画更新函数 ——————
defupdate(frame):
# 达到总次数直接停止
if sum(counts) == TOTAL_TIMES:
return bars[0], bars[1], text_pct1, text_pct2, text_count
# 抛硬币
res = random.randint(0, 1)
counts[res] += 1
current = sum(counts)
# 计算百分比
p1 = counts[0] / current * 100
p2 = counts[1] / current * 100
# 更新柱子
bars[0].set_width(p1)
bars[1].set_width(p2)
# 百分比跟在柱子后面
text_pct1.set_position((p1 + 2, 0))
text_pct1.set_text(f"{p1:.1f}%")
text_pct2.set_position((p2 + 2, 1))
text_pct2.set_text(f"{p2:.1f}%")
# —————— 实时显示次数（界面上）——————
text_count.set_text(f"已抛：{current} / 总次数：{TOTAL_TIMES}")
return bars[0], bars[1], text_pct1, text_pct2, text_count
# —————— 启动动画 ——————
ani = animation.FuncAnimation(
fig,
update,
frames=TOTAL_TIMES,
interval=80,
blit=True,
repeat=False
)
plt.tight_layout()
plt.show()
二、代码详解（初学者必读）
1️⃣ 导入库
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import random
详细说明：
import matplotlib.pyplot as plt作用：导入matplotlib的pyplot模块，这是Python最流行的绘图库 as plt：给模块起个别名plt，这样后面调用时可以少打字，比如plt.plot()而不是matplotlib.pyplot.plot()类比：就像给一个人起绰号，叫起来更方便 import matplotlib.animation as animation作用：导入matplotlib的动画模块，用来创建动态效果 as animation：别名animationimport random作用：导入Python内置的随机数生成模块 我们将用它来模拟抛硬币的随机性
2️⃣ 解决中文显示问题
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei", "Microsoft YaHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
详细说明：
plt.rcParams这是matplotlib的全局参数字典，用来设置各种默认配置 就像一个控制面板，可以修改绘图的各种默认行为 "font.family"SimHei：黑体，Windows系统常用Microsoft YaHei：微软雅黑，另一个常用中文字体参数名：字体家族 ["SimHei", "Microsoft YaHei"]：字体列表，按优先级尝试这样设置后，图表中的中文就能正常显示了 "axes.unicode_minus"参数名：坐标轴的负号显示 False：不使用Unicode负号，避免负号显示成方框
3️⃣ 配置总模拟次数
TOTAL_TIMES = 300
详细说明：
TOTAL_TIMES这是一个常量（虽然Python没有真正的常量，但我们用全大写表示） 值为300，表示总共抛300次硬币 为什么是300？因为足够大到能看到概率趋近于50%，又不会等太久 修改建议：你可以改成500、1000甚至10000，看看效果如何
4️⃣ 创建画布和坐标轴
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 4))
ax.set_xlim(0, 100)
ax.set_ylim(-0.5, 2.5)
ax.set_title("抛硬币概率动态模拟", fontsize=16, pad=20)
详细说明：
（1）plt.subplots(figsize=(8, 4))
作用：创建一个画布（figure）和一个坐标轴（axes） 返回值： fig：画布对象，整个图表的容器ax：坐标轴对象，用来画图的具体区域figsize=(8, 4)参数名：图片尺寸 值： (宽度, 高度)，单位是英寸这里表示宽8英寸，高4英寸 类比：就像给你一张画布，同时给你一个画框
（2）ax.set_xlim(0, 100)
作用：设置x轴的范围 参数： 0：x轴最小值100：x轴最大值为什么是0-100？ 因为我们要显示百分比，0%到100%
（3）ax.set_ylim(-0.5, 2.5)
作用：设置y轴的范围 参数： -0.5：y轴最小值（稍微向下留一点空间，更美观）2.5：y轴最大值（我们有2个柱子，加上上面的文字，所以设为2.5）
（4）ax.set_title("抛硬币概率动态模拟", fontsize=16, pad=20)
作用：设置图表标题 参数： "抛硬币概率动态模拟"：标题文本fontsize=16：字体大小，16磅pad=20：标题与图表的间距，20像素
5️⃣ 初始化数据
labels = ["正面", "反面"]
counts = [0, 0]
colors = ["#ff5555", "#3399ff"]
详细说明：
labels = ["正面", "反面"]字符串列表，包含两个标签 labels[0]="正面"，对应第一个柱子labels[1]="反面"，对应第二个柱子counts = [0, 0]整数列表，记录正反面的次数 counts[0]：正面次数，初始为0counts[1]：反面次数，初始为0每次抛硬币后，对应位置的数字会加1
6️⃣ 创建横向柱状图
bars = ax.barh(labels, [0, 0], color=colors)
详细说明：
ax.barh()作用：创建横向柱状图（bar horizontal） 如果是 ax.bar()就是纵向柱状图参数说明： ** labels**：y轴标签，即["正面", "反面"]** [0, 0]**：柱子的初始宽度，两个柱子都从0开始** color=colors**：柱子的颜色，使用前面定义的colors列表返回值： bars这是一个包含两个柱子对象的列表 bars[0]：第一个柱子（正面）bars[1]：第二个柱子（反面）后面我们可以通过这些对象来修改柱子的宽度
7️⃣ 创建百分比文字元素
text_pct1 = ax.text(0, 0, "", va="center", fontsize=13, fontweight="bold")
text_pct2 = ax.text(0, 1, "", va="center", fontsize=13, fontweight="bold")
详细说明：
（1）ax.text(x, y, s, ...)
作用：在坐标轴上添加文本 通用参数： x：文本的x坐标y：文本的y坐标s：文本内容（字符串）
（2）具体参数解释
以text_pct1为例：
x | 0 | |
y | 0 | |
s | "" | |
va | "center" | |
fontsize | 13 | |
fontweight | "bold" |
** text_pct1**：显示正面百分比的文字对象** text_pct2**：显示反面百分比的文字对象（y坐标为1）
8️⃣ 创建次数显示文字
text_count = ax.text(30, 2.2, "", fontsize=14, fontweight="bold", color="blue")
详细说明：
x | 30 | |
y | 2.2 | |
s | "" | |
fontsize | 14 | |
fontweight | "bold" | |
color | "blue" |
这个文字用来显示"已抛：X / 总次数：Y"
9️⃣ 核心动画更新函数
defupdate(frame):
# 达到总次数直接停止
if sum(counts) == TOTAL_TIMES:
return bars[0], bars[1], text_pct1, text_pct2, text_count
# 抛硬币
res = random.randint(0, 1)
counts[res] += 1
current = sum(counts)
# 计算百分比
p1 = counts[0] / current * 100
p2 = counts[1] / current * 100
# 更新柱子
bars[0].set_width(p1)
bars[1].set_width(p2)
# 百分比跟在柱子后面
text_pct1.set_position((p1 + 2, 0))
text_pct1.set_text(f"{p1:.1f}%")
text_pct2.set_position((p2 + 2, 1))
text_pct2.set_text(f"{p2:.1f}%")
# —————— 实时显示次数（界面上）——————
text_count.set_text(f"已抛：{current} / 总次数：{TOTAL_TIMES}")
return bars[0], bars[1], text_pct1, text_pct2, text_count
详细说明：
（1）函数定义
defupdate(frame):
** def**：Python中定义函数的关键字** update**：函数名** frame**：参数，代表当前是第几帧（虽然我们在这个函数里没有直接用到它，但必须有这个参数）
（2）停止条件检查
if sum(counts) == TOTAL_TIMES:
return bars[0], bars[1], text_pct1, text_pct2, text_count
** sum(counts)**：计算counts数组的和，即总抛硬币次数** if sum(counts) >= TOTAL_TIMES**：如果已经达到或超过总次数** return ...**：直接返回这些对象，不做任何更新，动画就会停止
（3）模拟抛硬币
res = random.randint(0, 1)
counts[res] += 1
current = sum(counts)
random.randint(0, 1)作用：生成0到1之间的随机整数（包括0和1） 有50%概率返回0，50%概率返回1 0代表正面，1代表反面 counts[res] += 1+= 1：自增1，等价于counts[res] = counts[res] + 1如果res是0，正面次数加1；如果是1，反面次数加1 current = sum(counts)计算当前总抛硬币次数，保存到current变量
（4）计算百分比
p1 = counts[0] / current * 100
p2 = counts[1] / current * 100
** counts[0] / current**：正面次数除以总次数，得到频率（0到1之间的小数）** * 100**：乘以100，转换成百分比** p1**：正面百分比** p2**：反面百分比
（5）更新柱子宽度
bars[0].set_width(p1)
bars[1].set_width(p2)
** bars[0]**：第一个柱子（正面）** .set_width(p1)**：设置柱子宽度为p1同理设置第二个柱子
（6）更新百分比文字
text_pct1.set_position((p1 + 2, 0))
text_pct1.set_text(f"{p1:.1f}%")
text_pct2.set_position((p2 + 2, 1))
text_pct2.set_text(f"{p2:.1f}%")
.set_position((x, y))设置文字位置 (p1 + 2, 0)：x坐标是p1+2（在柱子右边2个单位），y坐标保持0.set_text(f"{p1:.1f}%")f""：表示这是一个格式化字符串{p1}：插入p1变量的值:.1f：格式说明，表示保留1位小数%：普通字符，直接显示设置文字内容 f-string格式化： f"{p1:.1f}%"例如：如果p1=52.345，会显示成"52.3%"
（7）更新次数文字
text_count.set_text(f"已抛：{current} / 总次数：{TOTAL_TIMES}")
显示当前抛硬币次数和总次数
（8）返回需要更新的对象
return bars[0], bars[1], text_pct1, text_pct2, text_count
返回所有被修改的对象 当 blit=True时，matplotlib只会重绘这些对象，提高动画效率
🔟 启动动画
ani = animation.FuncAnimation(
fig,
update,
frames=TOTAL_TIMES,
interval=80,
blit=True,
repeat=False
)
详细说明：
（1）animation.FuncAnimation()
作用：创建一个基于函数的动画 参数详解：
fig | fig | |
func | update | |
frames | TOTAL_TIMES | |
interval | 80 | |
blit | True | |
repeat | False |
（2）interval=80
80毫秒间隔意味着每秒约12.5帧（1000/80=12.5） 修改建议： 改成 20：非常快（每秒50帧）改成 200：比较慢（每秒5帧）
1️⃣1️⃣ 显示图表
plt.tight_layout()
plt.show()
详细说明：
plt.tight_layout()作用：自动调整子图参数，使之填充整个图像区域 避免标题、标签等被裁剪掉 plt.show()作用：显示图表窗口 程序会在这里暂停，直到你关闭图表窗口
三、运行效果
运行代码后，你会看到一个动态的柱状图：
🎨 红色柱子代表正面 🔵 蓝色柱子代表反面 随着抛硬币次数增加，两个柱子会慢慢趋近于50%！
四、你可以尝试的修改
1. 增加抛硬币次数
TOTAL_TIMES = 1000# 改成1000次
2. 改变动画速度
interval=40# 更快，40毫秒
# 或者
interval=200# 更慢，200毫秒
3. 换颜色
colors = ["#99ff99", "#ff99ff"] # 绿色和紫色
4. 添加50%参考线
在创建柱状图后添加：
ax.axvline(x=50, color="gray", linestyle="--", alpha=0.5)
axvline：垂直参考线x=50：在x=50的位置linestyle="--"：虚线alpha=0.5：半透明
5. 改变图表大小
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 5)) # 更大的画布
五、数学原理
这就是大数定律的直观展示：当试验次数足够多时，事件发生的频率会趋近于它的概率。
什么是大数定律？
简单来说：
抛1次硬币：正面概率可能是0%或100% 抛10次硬币：可能偏差较大，比如70%正面 抛100次硬币：偏差会变小，可能55%正面 抛1000次硬币：会非常接近50%
试验次数越多，频率就越稳定在概率值附近！
六、安装说明
如果你的电脑还没有安装matplotlib库，需要先安装：
pip install matplotlib
在命令行（CMD或PowerShell）中运行上面的命令即可。
七、完整代码回顾
现在你已经理解了每一行代码的作用，快去运行代码，亲身体验一下概率的魅力吧！🎉
提示：建议先用300次测试，然后慢慢增加到1000次，观察效果的变化！
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