4.12

时长：三个小时

8-2 【Python0015】以圆类为基础设计三维图形体系

分数 10

全屏浏览

作者 doublebest

单位 石家庄铁道大学

【题目描述】设计三维图形类体系，要求如下：

设计三维图形功能接口，接口包含周长、面积、体积计算方法；

基于以上接口，首先定义点类，应包含x，y坐标数据成员，坐标获取及设置方法、显示方法等；

以点类为基类派生圆类，增加表示半径的数据成员，半径获取及设置方法，重载显示函数，并可计算周长和面积等；

以圆类为基础派生球类、圆柱类、圆锥类；要求派生类球、圆柱、圆锥中都含有输入和输出显示方法；并可计算面积、周长。

程序中定义各种类的对象，并完成测试。
【练习要求】请给出源代码程序和运行测试结果，源代码程序要求添加必要的注释。

问题：

代码量：

from abc import ABC, abstractmethod

class ThreeDShapeInterface(ABC):
    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

    @abstractmethod
    def volume(self):
        pass

class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def get_coordinates(self):
        return self.x, self.y

    def set_coordinates(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def display(self):
        print(f"坐标: ({self.x}, {self.y})")

import math

def base_area(radius):
    """
    计算圆的面积

    参数:
    radius: 圆的半径

    返回:
    圆的面积
    """
    area = math.pi * (radius ** 2)
    return area


class Circle(Point, ThreeDShapeInterface):
    def __init__(self, x=0, y=0, radius=1):
        super().__init__(x, y)
        self.radius = radius

    def get_radius(self):
        return self.radius

    def set_radius(self, radius):
        self.radius = radius

    def display(self):
        super().display()
        print(f"半径: {self.radius}")

    def perimeter(self):
        return 2 * math.pi * self.radius

    def area(self):
        return math.pi * self.radius ** 2

    # 圆作为二维图形，没有体积
    def volume(self):
        raise NotImplementedError("ERROR")

class Sphere(Circle):
    def __init__(self, x=0, y=0, radius=1):
        super().__init__(x, y, radius)

    def volume(self):
        return 4/3 * math.pi * self.radius ** 3

class Cylinder(Circle):
    def __init__(self, x=0, y=0, radius=1, height=1):
        super().__init__(x, y, radius)
        self.height = height

    def get_height(self):
        return self.height

    def set_height(self, height):
        self.height = height

    def display(self):
        super().display()
        print(f"高: {self.height}")

    def area(self):
        base_area = super().area()
        side_area = 2 * math.pi * self.radius * self.height
        return 2 * base_area + side_area

    def volume(self):
        return base_area * self.height

class Cone(Circle):
    def __init__(self, x=0, y=0, radius=1, height=1):
        super().__init__(x, y, radius)
        self.height = height

    def get_height(self):
        return self.height

    def set_height(self, height):
        self.height = height

    def display(self):
        super().display()
        print(f"高: {self.height}")

    def area(self):
        base_area = super().area()
        slant_height = math.sqrt(self.radius**2 + self.height**2)
        side_area = math.pi * self.radius * slant_height
        return base_area + side_area

    def volume(self):
        return 1/3 * base_area * self.height

point = Point(3, 4)
point.display()

circle = Circle(0, 0, 5)
circle.display()
print(f"周长: {circle.perimeter()}, 面积: {circle.area()}")

sphere = Sphere(1, 2, 3)
sphere.display()
print(f"体积: {sphere.volume()}")

cylinder = Cylinder(0, 0, 4, 6)
cylinder.display()
print(f"面积: {cylinder.area()}, 体积: {cylinder.volume()}")

cone = Cone(0, 0, 4, 6)
cone.display()
print(f"面积: {cone.area()}, 体积: {cone.volume()}")