Python圣诞帽圣诞树限时返场
大家好，欢迎来到 Crossin 的编程教室。
今天是平安夜，祝大家圣诞快乐，平平安安！🎄🎁🎄🎁🎄
有人说，这是个洋节，还是个宗教节日，跟我有啥关系，有啥好庆祝的。
哎，别急！
对于咱们程序员来说，圣诞也是 Python 的“生日”：
1989 年，那是一个冬天，第一场雪来得比以往时候来得更早一些，有一位程序员，在圣诞期间的阿姆斯特丹感觉特别闲，就决定开发一个新的脚本语言。他一边开发一边刷剧，于是新语言的命名也来自于他热衷的豆瓣9分神剧《Monty Python’s Flying Circus（巨蟒剧团之飞翔的马戏团）》。
此人便是后来的 Python 之父·仁慈的独裁者·Guido van Rossum。
不少朋友这个时候喜欢换上一张有圣诞氛围的头像。有不少工具都能轻松实现。
如果你恰好又在学习编程，不妨试试用Python自己实现一个类似的效果。
一种实现方式就是借助OpenCV库检测出照片中的人脸位置，再把圣诞帽的图片叠加上去，三四十行代码就能搞定。调试的时候要注意点，图像坐标和像素矩阵索引的维度别搞乱了。
大致步骤：
安装 OpenCV（可通过pip安装）
用 OpenCV 提供的级联分类器做人脸检测，定位出图片中的人脸位置
根据找出的人脸，调整圣诞帽的位置和大小，叠加到原图片上
遍历所有人脸，重复执行步骤3，过程中可随机变换帽子的样式
保存图片
OpenCV 人脸检测代码：
# -*- coding: utf8 -*-importcv2importrandom# OpenCV 人脸检测face_patterns = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')sample_image = cv2.imread('img/face2.jpg') # 照片路径faces = face_patterns.detectMultiScale(sample_image,scaleFactor=1.1,minNeighbors=8,minSize=(50, 50))# 圣诞帽hats = []fori in range(4): hats.append(cv2.imread('img/hat%d.png' % i, -1)) #帽子图片路径forface in faces: # 随机一顶帽子hat = random.choice(hats) # 调整帽子尺寸scale = face[3] / hat.shape[0] * 1.25hat = cv2.resize(hat, (0, 0), fx=scale, fy=scale) # 根据人脸坐标调整帽子位置x_offset = int(face[0] + face[2] / 2 - hat.shape[1] / 2)y_offset = int(face[1] - hat.shape[0] / 2) # 计算贴图位置，注意防止超出边界的情况x1,x2 = max(x_offset, 0), min(x_offset + hat.shape[1], sample_image.shape[1])y1,y2 = max(y_offset, 0), min(y_offset + hat.shape[0], sample_image.shape[0])hat_x1 = max(0, -x_offset)hat_x2 = hat_x1 + x2 - x1hat_y1 = max(0, -y_offset)hat_y2 = hat_y1 + y2 - y1 # 透明部分的处理alpha_h = hat[hat_y1:hat_y2, hat_x1:hat_x2, 3] / 255alpha = 1 - alpha_h # 按3个通道合并图片forc in range(0, 3):sample_image[y1:y2, x1:x2, c] = (alpha_h * hat[hat_y1:hat_y2, hat_x1:hat_x2, c] + alpha * sample_image[y1:y2, x1:x2, c])# 保存最终结果cv2.imwrite('faces_detect.png',sample_image)除了圣诞帽，再给大家送上几棵圣诞树吧。
1、极简版
这个可算是最简单的圣诞树了。类似我们习题中的打印三角形，三四行代码即可搞定（刚开始学编程的同学可以不看代码自己尝试写下）：
height = 11for i in range(height): print((' ' * (height - i)) + ('*' * ((2 * i) + 1)))print((' ' * height) + '|')2、彩色版
在极简版的基础上，可以通过特殊转义字符实现变色，给圣诞树加上点缀。要注意的是，字符颜色并不是对所有 IDE 环境都有效，不同系统也不一样（Windows 仅部分命令行有效）：
import randomheight = 11for i in range(height): print(' ' * (height - i), end='') for j in range((2 * i) + 1): if random.random() < 0.1: color = random.choice(['\033[1;31m', '\033[33m', '\033[1;34m']) print(color, end='') # 彩灯 else: print('\033[32m', end='') # 绿色 print('*', end='') print()print((' ' * height) + '|')3、海龟版
Python 里有个自带的绘图工具叫turtle，编程教室之前介绍过《【编程课堂】海龟作图》，用它也能画圣诞树。完整代码见文末地址，核心绘制代码：
# 创建画板import turtlescreen = turtle.Screen()screen.setup(800,600)# 画红色圆circle = turtle.Turtle()circle.shape('circle')circle.color('red')circle.up()circle.goto(0,100)circle.stamp()# 画绿色方块square = turtle.Turtle()square.shape('square')square.color('green')square.up()square.goto(0,200)square.stamp()# 暂停，点击后退出turtle.exitonclick()4、海龟分形版
分形（Fractal）：一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成数个部分，且每一部分都（至少近似地）是整体缩小后的形状。例如上面这棵圣诞树，每一个树枝又是一个小的圣诞树。这与编程中的递归思想很像：
from turtle import *n = 50speed("fastest")left(90)forward(3*n)# 顶部五角星略过color("dark green")backward(n*4.8)def tree(d, s): if d <= 0: return forward(s) tree(d-1, s*.8) right(120) tree(d-3, s*.5) right(120) tree(d-3, s*.5) right(120) backward(s)tree(15, n)backward(n/2)exitonclick()5、炫彩版
一般圣诞树上都会挂上 blingbling 的小彩灯。通过cls/clear命令清屏控制台，循环多次绘制，就可以实现类似 GIF 图片的动态效果。清屏部分代码：
import platformimport osos_name = platform.uname()[0]IS_WIN = os_name == 'Windows'os.system('cls' if IS_WIN else 'clear')以上圣诞帽和圣诞树的完整代码均已上传，获取代码请加微信crossin123索取
【注】
海龟版、海龟分形版 来源：
R&Python绘制圣诞树-EasyCharts
https://ask.hellobi.com/blog/EasyCharts/5777
炫彩版 来源：
(圣诞礼物)在终端下画个圣诞树陪你过节-Medici.Yan
http://blog.evalbug.com/2015/12/25/py_fun_0/
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