[python] 冠状病毒传播仿真器的原理和实现（Python版)

*人体的细胞才能生存。病毒可以利用细胞中的成分复制自身，从而达到繁殖的目的。如果受到感染的细胞过多，人体就会生病。    那么"冠状病毒"呢？当然也属于病毒的一种，不过它不是普通的病毒。首先看看"冠状病毒"的样子，病毒表面有很多凸起的冠（看起来还挺漂亮的），所以称为"冠状病毒"。     "冠状病毒"除了外形上与普通病毒有差异，在本质上与普通病毒也是不同的。普通病毒通常都是DNA病毒，也就是双螺旋结构。而"冠状病毒"属于RNA病毒，也就是单螺旋结构。双螺旋结构的DNA病毒更稳定，不容易变异。但RNA病毒只有一个链，非常不稳定，容易变异。这才是"冠状病毒"的杀手锏，通过变异抵抗人类的反击。目前"冠状病毒"是否变异，还很难说。 2. 如何杀死"冠状病毒"    现在的问题是，如何杀死"冠状病毒"。当然，最直接的方法是将"冠状病毒"赶出细胞，或直接从细胞中清除，不过目前人类的技术还做不到这一点。这应该属于比细胞医学更高端的医学：分子医学或原子医学。目前人类的科技水平甚至还没完全达到细胞医学的高度（最多0.7个细胞医学），因为癌症等细胞疾病还无法完全治愈。    既然病毒目前还无法直接杀死，那么这么多痊愈的病人是如何做到的呢？其实可以采用如下两种方法间接杀死"冠状病毒"，也包括其他大多数病毒。1.  利用人体内的抗体细胞（如T细胞），将被感染的细胞连同"冠状病毒"一起消灭2. 干扰"冠状病毒"在细胞内的复制过程（例如，RNA干扰），让"冠状病毒"无法正常复制自身，也就是让"冠状病毒"没有后代，这样"冠状病毒"就会由于自身的生命终结而死亡。    目前绝大多数痊愈的病人属于第一种情况，也就是通过自身的抗体细胞（如T细胞）检测人体内被感染的细胞，然后通知这些被感染的细胞启动自毁程序，当这些细胞被销毁后，那么病毒也就被消灭了。    不过可能有的同学会问，既然病毒可以被抗体细胞消灭，那么这么多医护人员和医疗设备岂不是多余了。其实并不是多于的，而是非常必要。这是因为病毒在*

    def paintEvent(self, event):
        qp = QPainter()
        qp.begin(self)
        # 绘制城市的各种状态的市民
        self.drawing(qp)
        qp.end()

def drawing(self, event):
       ... ...
        # 绘制代表市民的小矩形
        persons = Persons().persons
        if persons == None:
            return
        normal_person_count = 0
        latency_person_count = 0
        confirmed_person_count = 0
        freeze_person_count = 0
        death_person_count = 0
              # 扫描内一个人的状态
        for person in persons:
            if person.state == NORMAL:
                # 健康人
                qp.setPen(Qt.white)
                normal_person_count += 1
            elif person.state == LATENCY:
                # 潜伏期感染者
                qp.setPen(QColor(255,238,0))
                latency_person_count += 1
            elif person.state == CONFIRMED:
                # 确诊患者
                qp.setPen(Qt.red)
                confirmed_person_count += 1
            elif person.state == FREEZE:
                # 已隔离者
                qp.setPen(QColor(72, 255, 252))
                freeze_person_count += 1
            elif person.state == DEATH:
                # 死亡患者
                qp.setPen(Qt.black)
                death_person_count += 1
            person.update()   # 更新每一个人的状态
            bed_half_size = Hospital().bed_size // 2
            rect = QRect(person.x - bed_half_size, person.y - bed_half_size,Hospital().bed_size//2, Hospital().bed_size//2)
            brush = QBrush(Qt.SolidPattern)
            brush.setColor(qp.pen().color())
            qp.setBrush(brush)
            qp.drawRect(rect)
            ... ...

from PyQt5.QtCore import 
from params import  
class Refresh(QThread):
    def __init__(self, drawing):
        super(Refresh, self).__init__()
        self.drawing = drawing
    def run(self):
        while not Params.success:
            try:
                QThread.msleep(100)
                # 刷新Drawing
                self.drawing.update()
                Params.current_time += 1
            except:
                pass

    def update(self):
        # 如果已经隔离或者死亡了，就不需要处理了
        if self.state == FREEZE or self.state == DEATH:
            return
        # 处理已经确诊的感染者（即患者）
        if self.state == CONFIRMED and self.dead_time == 0:
            destiny = random.randrange(1,10001)  # 幸运数字，[1,10000]随机数
            if destiny >= 1 and destiny <= int(Params.fatality_rate * 10000):
                # 幸运数字落在死亡区间
                dt = int(sp.random.normal(Params.dead_time,Params.dead_variance))
                self.dead_time = self.confirmed_time + self.dead_time
            else:
                self.dead_time = -1   # 逃过了死神的魔爪
        if self.state == CONFIRMED and Params.current_time - self.confirmed_time >= Params.hospital_receive_time:
            # 如果患者已经确诊，且（世界时刻-确诊时刻）大于医院响应时间，即医院准备好病床了，可以抬走了
            bed = Hospital().pick_bed()  # 查找空床位
            if bed == None:
                # 没有空床位，报告需求床位数
                if not self.need_bed:
                    Hospital().need_bed_count += 1
                    self.need_bed = True
            else:
                # 安置病人
                self.used_bed = bed
                self.state = FREEZE
                self.x = bed.x + Hospital().bed_size // 2
                self.y = bed.y +  Hospital().bed_size // 2
                if self.need_bed and Hospital().need_bed_count > 0:
                    Hospital().need_bed_count -= 1
                bed.is_empty = False
        # 处理病死者
        if (self.state == CONFIRMED or self.state == FREEZE) and Params.current_time >= self.dead_time and self.dead_time > 0:
            self.state = DEATH                          # 患者死亡
            personpool.Persons().latency_persons.remove(self)      # 已经死亡，无法传染别人，需要从确诊者中删除
            Hospital().empty_bed(self.used_bed)         # 腾出床位
            if Hospital().need_bed_count > 0:
                Hospital().need_bed_count -= 1
        # 增加一个正态分布用于潜伏期内随机发病时间
        latency_symptom_time = sp.random.normal(Params.virus_latency / 2,25)
        # 处理发病的潜伏期感染者
        if Params.current_time - self.infected_time > latency_symptom_time and self.state == LATENCY:
            self.state = CONFIRMED                                  # 潜伏者发病
            self.confirmed_time = Params.current_time              # 刷新确诊时间
        # 处理未隔离者的移动问题
        self.action()
        # 处理健康人被感染的问题
        persons = personpool.Persons().persons
        # 不是健康人，返回
        if self.state >= LATENCY:
            return
        # 通过一个随机幸运值和安全距离决定感染其他人
        latency_persons = personpool.Persons().latency_persons.copy()
        for person in latency_persons:
            random_value = random.random()
            if random_value < Params.broad_rate and self.distance(person) < Params.safe_distance:
                self.be_infected()
                break

from PyQt5.QtWidgets import 
from socket import 
class Transmission:
    def __init__(self,ui):
        self.ui = ui
        self.host = 'localhost'
        self.port = 5678
        self.addr = (self.host, self.port)
      # 向仿真器发布命令
    def send_command(self, command, value = None):
        tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
        tcp_client_socket.connect(self.addr)
        if value == None:
            value = 0
        data = command + ':' + str(value)
        tcp_client_socket.send(('%s\r\n' % data).encode(encoding='utf-8'))
        data = tcp_client_socket.recv(1024)
        result = data.decode('utf-8').strip()
        tcp_client_socket.close()
        return result
     # 更新床位数
    def update_bed_count(self):
        print(self.ui.horizontalSliderBedCount.value())
        result = self.send_command('add_bed_count',self.ui.horizontalSliderBedCount.value())
        if result == 'ok':
            QMessageBox.information(self.ui.centralwidget, '消息', f'成功添加了{self.ui.horizontalSliderBedCount.value()}张床位', QMessageBox.Ok)

from socketserver import (TCPServer as TCP,StreamRequestHandler as SRH)
from common import *
from params import 
from hospital import 
from PyQt5.QtCore import *
import sys 响应客户端请求事件的类
class MyRequestHandler(SRH):
    def handle(self):
       # 读取客户端发送的数据
        data = str(self.rfile.readline(),'utf-8')
        index = data.find(':')
        command = data[:index]
        value = data[index + 1:]
        value = int(value)
             # 执行具体的命令
        if command == 'add_bed_count':
            Params.hospital_bed_count +=  value
            Hospital().free_bed_count = Hospital().free_bed_count + value
            Hospital().compute(value)
        elif command == 'set_flow_intention':
            Params.average_flow_intention = value / 100
        elif command == 'set_broad_rate':
            Params.broad_rate = value / 100
        elif command == 'set_latency':
            Params.virus_latency = value * 10
        elif command == 'close':
            Params.app.quit()
        self.wfile.write(b'ok\r\n') 在线程中监听客户端的请求
class Receiver(QThread):
    tcp_server = None
    def __init__(self):
        super(Receiver,self).__init__()
        self.host = ''
        self.port = 5678
        self.addr = (self.host,self.port)
        Receiver.tcp_server = TCP(self.addr, MyRequestHandler)
    def run(self):
        Receiver.tcp_server.serve_forever()