场景编程集锦 - BMI指数与健身达人

Posted 2023-01-12

1. 场景描述

  BMI指数（身体质量指数，英文Body Mass Index）是用体重公斤数除以身高米数的平方得出的数字，是目前国际上通用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准。“身体质量指数”这个概念，是由19世纪中期的比利时数学家凯特勒最先提出来的，BMI指数的计算公式： $BMI = weight / height^2$ 其中weight体重的度量单位是公斤，height身高的度量单位是米。   BMI指数的设计初衷是一个用于公共健康研究的统计工具。如果我们需要知道肥胖与某一疾病的致病原因是否相关时，就可以把病人的身高和体重换算为BMI值，再找出BMI值与病发率是否有线性关系。不过，随着医学科技的发展和进步，现在BMI值只是一个参考值，要检测一个人是否肥胖有了更加科学和先进的检测手段。因此BMI的角色也在慢慢地改变，从医学上的用途逐步变为一般大众的纤体指标。事实上，对于健康达人或者是普通的健身爱好者来说，BMI指数已经成为了衡量健身成效的重要标准。 接下来，我们使用Python来编写一个基于图形界面的BMI计算器。

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2. 编程思路

2.1 计算公式

$BMI = weight / height^ 2$

2.2 判断标准

BMI 值中国标准含义如下：BMI <= 18.4 偏瘦；18.4 < BMI < 24 正常；24.0 <= BMI <28 过重； >= 28 肥胖。

2.3 健康建议

  我们可以针对各种形体人群给出相关的健康建议。需要强调的是这些健康建议均取材于互联网，为编写程序的需要，仅供参考： 偏瘦：适度参加体育运动，特别是要多吃鱼、蛋和奶类等各类健康食品。 正常：注重适度运动，平衡的饮食结构，食物多样化，讲究粗细合理搭配。 超重：建议加强体育锻炼，注重食物搭配，特别是少吃高脂肪、高蛋白、含糖高食品，每天40分钟运动。 肥胖：加强体育锻炼，调整饮食结构，少吃或者不吃高脂肪、高蛋白、含糖量高食品，每天40分钟运动。 我们要把这些健康建议保存到文本文件suggestions.txt中，便于以后可以简单地使用Windows Notepad记事本程序就可以修改和完善这些健康建议。而不必修改Python源代码程序，实现数据与程序的分离。为了与我们的程序配套，这个文件保存时需要使用utf8的文件格式。

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3. 代码编写

本程序由4个文件组成，它们是： bmi.py ：BMI计算器的图形界面程序。 bmi_base.py：BMI计算器的一些基础函数模块。 suggestions.txt：存放一些与形体相关的健康建议。 calculator.png：BMI计算器的图片文件。

bmi.py 模块的源代码程序

"""
 bmi.py : BMI的前世今生
"""
from tkinter import *
import tkinter.messagebox as msg_box
from common.bmi_base import *

def calculate():
    """ 计算 BMI值"""
    try:
        height = float(v_height.get())
        weight = float(v_weight.get())
    except ValueError:
        msg_box.showinfo(提示, 检查数据：身高或体重！)
    else:
        bmi = calc_bmi(height, weight)
        report = check_report(bmi)
        advice = make_suggestion(report)
        v_bmi.set(str(round(bmi, 1)) +     + report)
        info_area.delete("1.0", END)
        info_area.insert("1.0", advice)

def reset():
    """清除输入域内容"""
    v_height.set()
    v_weight.set()
    v_bmi.set()
    info_area.delete("1.0", END)
    lbl_height.focus()

def initialize():
    """初始化屏幕内容"""
    v_height.set(1.70)
    v_weight.set(65)
    lbl_height.focus()
    calculate()

if __name__ == __main__:
    root = Tk()
    root.title(BMI 计算器)
    root.geometry(350x350+500+300)
    # 设置初值
    v_height = StringVar()   # ①
    v_weight = StringVar()
    v_bmi = StringVar()
    v_bmi.set()
    # 定义图片
    photo = PhotoImage(file=calculator.png)   # ②
    lbl_banner = Label(root, image=photo, compound=top, width=340, height=120)
    lbl_banner.grid(row=0, column=0, columnspan=4, sticky=N + S + E + W)
    # 显示身高提示和输入身高
    Label(root, text=身高 (m)).grid(row=1, column=1, pady=5, sticky=E)   # ③
    lbl_height = Entry(root, textvariable=v_height)   # ④
    lbl_height.grid(row=1, column=2)   # ⑤
    # 定义体重提示和输入体重
    Label(root, text=体重 (kg)).grid(row=2, column=1, sticky=E)
    Entry(root, textvariable=v_weight).grid(row=2, column=2)
    # 定义功能按钮
    Button(root, text=计算, width=8, command=calculate).grid(row=6, column=1, pady=6, sticky=E)   # ⑥
    Button(root, text=清空, width=8, command=reset).grid(row=6, column=2)
    # 定义结果显示字段
    Label(root, text=BMI).grid(row=5, column=1, pady=5, sticky=E)
    Entry(root, textvariable=v_bmi).grid(row=5, column=2)

    Label(text=健康建议).grid(row=8, column=1, pady=5, sticky=E)
    info_area = Text(width=20, height=4, font=("微软雅黑", 9))   # ⑦
    info_area.grid(row=8, column=2)
    # 防止屏幕开"天窗"
    initialize()   # ⑧
    # 进入事件驱动模式
root.mainloop()   # ⑨

重要函数说明如下： 函数calculate()：计算bmi指数，获取形体诊断结果，提取相关的健康建议。 函数reset()：清除BMI计算器界面中的输入域的内容。 函数initialize()：初始化界面内容，自动计算一个案例，填充屏幕内容。 重要语句说明如下： 语句①定义与界面控件联动的变量内容，也就是说当屏幕界面控件Entry输入域内容发生变化，将自动映射到关联的变量中，实现同步更新。 语句②加载图片以便与有关屏幕控件关联。 语句③定义有关标签控件，以便存放文本字符串。 语句④定义一个输入域控件，并与变量关联，实现数据同步更新。 语句⑤把控件放到屏幕中的指定位置，这里使用tkinter 的grid布局方式。 语句⑥定义按钮实现与函数的关联绑定。意味着当你鼠标点击这个按钮，将自动执行在参数command中指定的函数代码。 语句⑦使用控件Text定义多行的文本输入框，既能输入内容，又可显示文本。 语句⑧执行初始化的案例计算，并使用计算结果填充屏幕内容，避免在图形界面上开“天窗”，留下空白内容，它会给人造成界面不友好的印象。 语句⑨程序进入事件驱动模式。也就是说当用户点击屏幕界面中的控件时，将执行不同的程序代码。

bmi_base.py 模块的源代码

"""
bmi_base.py : BMI计算器可重用代码
"""
__all__ = [calc_bmi, check_report, make_suggestion]   # ①
suggestions = 

def decorate_bmi(func):    # ②
    """
    扩展calc_bmi()函数功能的装饰器
    """
    def wrapper(height, weight):
        if is_valid(height, weight):
            return func(height, weight)
        else:
            return -1
    return wrapper

@decorate_bmi   # ③
def calc_bmi(height, weight):
    """
    height : 计量单位是米
    weight : 计量单位是公斤
    """
    bmi = weight / height ** 2
    bmi = round(bmi, 1)
    return abs(bmi)

def is_number(number):
    """
    判断 number 是数字
    """
    if isinstance(number, int) or isinstance(number, float):   # ④
        return True
    else:
        return False

def is_valid(height, weight):
    """
    判断 height,weight有效性
    """
    if height and is_number(height) and is_number(weight):
        return True
    else:
        return False

def check_report(bmi):
    """
    bmi : BMI 指数值
    report : 形体评测结果
    """
    report = 正常
    if bmi < 18.5:
        report = 偏瘦
    elif 18.5 <= bmi < 24:
        report = 正常
    elif 24 <= bmi < 28:
        report = 超重
    elif bmi >= 28:
        report = 肥胖
    return report

def load_suggestions(file_name):
    """加载健康建议"""
    with open(file_name, encoding=utf-8) as file:   # ⑤
        for line in file:
            key, value = line.split(:)   # ⑥
            suggestions[key.strip()] = value.strip()   # ⑦

def make_suggestion(report):
    """形成健康建议"""
    if not suggestions:
        # 一次性加载健康建议
        load_suggestions(suggestions.txt)

    if report in suggestions:
        return suggestions[report]
    else:
        return None

重要函数说明： 函数load_suggestions()：从文本文件suggestions.txt中读入健康建议，以字典的方式保存，供后续程序访问。 函数make_suggestion()：针对不同的体型，生成不同的健康建议。 函数def calc_bmi(height, weight)：计算BMI值的函数，需要注意的是调用此函数，将自动执行该函数的装饰器函数decorate_bmi()，以便对height和weight参数的有效性进行检测。 函数decorate_bmi()：是一个装饰器函数，用于对calc_bmi()函数的参数进行有效性检测，以增强程序执行的容错能力。 函数check_report(bmi)：通过对bmi值进行判断，获得形体类型的结论报告。 函数is_number(number)：判断参数number是否是数字。 函数is_valid(height, weight)：判断身高height和体重weight参数的有效性。 重要语句说明： 语句①定义本模块中提供的公共接口函数，即是可由其他程序模块调用的函数，以此实现代码重用。 语句②定义装饰器函数。 语句③将装饰器函数decorate_bmi()与被装饰函数calc_bmi(height, weight)建立绑定关系，当程序调用函数calc_bmi()时，首先要调用装饰器函数decorate_bmi()，然后再执行calc_bmi()函数。使用装饰器功能，我们可以在不修改calc_bmi()函数代码的情况下，扩展其功能。这里相当于利用装饰器是实现了对函数calc_bmi()的输入参数height和参数weight进行的合法性检查。 语句④判断某个变量是否是整数或者浮点数。 语句⑤以utf8的方式打开文件，供后续处理。这里需要强调的是文件suggestions.txt是以utf8的格式保存的文本文件。 语句⑥以冒号为分隔符，解析形体类型和健康建议的内容。 语句⑦以形体类型为键，健康建议为值，创建字典suggestions有存放健康建议，供后续代码使用。

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4. 执行效果

4.1 程序结构

模块bmi.py、suggestions.txt和calculator.png存放在当前目录：D:\\cases\\BMI指数的前世今生，而bmi_base.py则是以Python包的形式，存放在目录common中。

D:\\cases\\BMI指数与健身达人>dir
2022/12/08  11:47             2,442 bmi.py
2020/12/04  17:49            75,504 calculator.png
2022/12/08  14:33    <DIR>          common
2022/12/08  11:59               473 suggestions.txt

D:\\cases\\BMI指数与健身达人>

查询Python包文件内容

D:\\cases\\BMI指数与健身达人>cd common
D:\\cases\\BMI指数与健身达人\\common>
D:\\cases\\BMI指数与健身达人\\common>dir
2022/12/08  14:33             1,867 bmi_base.py
2022/04/01  07:34               106 __init__.py
D:\\cases\\BMI指数与健身达人\\common>

4.2 执行程序

D:\\cases\\BMI指数与健身达人>python bmi.py

将显示以下界面，你可以根据提示进行操作。   经过测试表明，BMI计算器完全达到甚至超越了设计要求。更为重要的是BMI计算器提供了比较完善的容错机制，那就是对输入参数height和weight的有效性检测。如果留意的话，你会发现这样一个事实：往往一个程序的容错处理程序代码量不少于10%。如果一个程序尤其是具有商业用途的产品没有适当的容错机制的话，容易引发程序执行中的意外终止。这些现象通常会被客户或者用户认为程序中存在bugs，程序很low，最起码会认为程序员不够专业！