08-01 实例13-体育竞技分析

一、"体育竞技分析"问题分析

1.1 问题分析

体育竞技分析

高手过招,胜负只在毫厘之间

  • 需求:毫厘是多少?如何科学分析体育竞技比赛?
  • 输入:球员的水平
  • 输出:可预测的比赛成绩

1.2 体育竞技分析:模拟N场比赛

  • 计算思维:抽象 + 自动化
  • 模拟:抽象比赛过程 + 自动化执行N场比赛
  • 当N越大时,比赛结果分析会越科学

1.3 比赛规则

  • 双人击球比赛:A & B,回合制,5局3胜
  • 开始时一方先发球,直至判分,接下来胜者发球
  • 球员只能在发球局得分,15分胜一局

二、自顶向下和自底向上

2.1 自顶向下(设计)

解决复杂问题的有效方法

  • 将一个总问题表达为若干个小问题组成的形式
  • 使用同样方法进一步分解小问题
  • 直至,小问题可以用计算机简单明了的解决

2.2 自底向上(执行)

逐步组建复杂系统的有效测试方法

  • 分单元测试,逐步组装
  • 按照自顶向下相反的路径操作
  • 直至,系统各部分以组装的思路都经过测试和验证

三、"体育竞技分析"实例讲解

3.1 体育竞技分析

程序总体框架及步骤

  • 步骤1:打印程序的介绍性信息
  • 步骤2:获得程序运行参数:proA, proB, n
  • 步骤3:利用球员A和B的能力值,模拟n局比赛
  • 步骤4:输出球员A和B获胜比赛的场次及概率
  • printInfo()
  • getInputs()
  • simNGames()
  • printSummary()

3.2 第一阶段:程序总体框架及步骤

def main():
    printIntro()
    probA, probB, n = getInputs()
    winsA, winsB = simNGames(n, probA, probB)
    printSummary(winsA, winsB)

def printIntro():
    """介绍性内容,提高用户体验"""
    print("这个程序模拟两个选手A和B的某种竞技比赛")
    print("程序运行需要A和B的能力值(以0到1之间的小数表示)")

def getInputs():
    a = eval(input("请输入选手A的能力值(0-1): "))
    b = eval(input("请输入选手B的能力值(0-1): "))
    n = eval(input("模拟比赛的场次: "))

    return a, b, n

def printSummary(winsA, winsB):
    n = winsA + winsB
    print("竞技分析开始,共模拟{}场比赛".format(n))
    print("选手A获胜{}场比赛,占比{:0.1%}".format(winsA, winsA/n))
    print("选手B获胜{}场比赛,占比{:0.1%}".format(winsB, winsB/n))

3.3 第二阶段:步骤3 模拟N局比赛

def simNGames(n, probA, probB):
    winsA, winsB = 0, 0
    for i in range(n):
        scoreA, scoreB = simOneGame(probA, probB)
        if scoreA > scoreB:
            winsA += 1 
        else:
            winsB += 1
    return winsA, winsB

3.4 第三阶段

根据分数判断局的结束

def simOneGame(probA, probB):
    scoreA, scoreB = 0, 0
    serving = "A"
    while not gameOver(scoreA, scoreB):
        if serving == "A":
            if random() < probA:
                scoreA += 1
            else:
                serving = "B"
        else:
            if random() < probB:
                scoreB += 1
            else:
                serving = "A"
    return scoreA, scoreB

def gameOver(a,b):
    return a==15 or b==15

四、"体育竞技分析"举一反三

4.1 理解自顶向下和自底向上

  • 理解自顶向下的设计思维:分而治之
  • 理解自底向上的执行思维:模块化集成
  • 自顶向下是“系统”思维的简化

4.2 应用问题的扩展

  • 扩展比赛参数,增加对更多能力对比情况的判断
  • 扩展比赛设计,增加对真实比赛结果的预测
  • 扩展分析逻辑,反向推理,用胜率推算能力?
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