场景编程集锦-电闪雷鸣的数学联想

1. 场景描述

电闪雷鸣总能给人许多的联想。

我联想到了电闪雷鸣、暴雨倾盆、山洪爆发、洪水泛滥的灾难场景，这种现象在中国古代通常被解释为“冒犯神灵，雷神发怒”的因果关系。

我联想到了著名的风筝实验。1752年，美国科学家本杰明·富兰克林用风筝和钥匙做了一次科学实验，他冒着雷击的危险用风筝把雷电引下来，证明了闪电是一种放电现象。富兰克林关于天上和人间的电是同一个东西的假说，在这次实验中得到了光辉的证实。这个风筝实验震惊了世界，因为在此之前的许多年，人们把雷电看做是神和上帝的化身，将雷击看做是上帝对人类的惩罚。而风筝实验的结果科学地揭开了雷电的神秘面纱，雷电不是天神作法，而是带电云层相遇而产生的一种放电现象。

我联想到了关于全球气候变化的巴黎宣言。为应对全球气候变暖，减少化石能源依赖，倡导大力发展清洁能源。近些年来，中国在光伏发电、风力发电、潮流能发电等领域取得了令世界属目的巨大成功。事实上，中国在太空发电站的研究方面，早已经领先于世界。在太空建立太阳能发电站并不遥远，可望彻底摆脱化石燃料依赖。我们也终究会掌握雷电安全利用的金钥匙，到那时雷电将造福于全人类。

我还联想到了一个有趣而又不被人留意的自然现象：为什么在雷暴天气，我们总是先看到闪电，而后听到雷声？我们如何用数学方法测算和度量雷击的距离？

2. 编程思路

不得不说，这是一个独特的视角来观察电闪雷鸣。由于光的传播速度比声音在空气中的传播速度要快，所以人们总是先看到闪电，后听见雷声。要计算雷击的距离，我们需要知道声音的传播速度，通过计量我们看到闪电与听见雷声的时间差，再乘以声音传播速度，就可以计算出雷击的距离。通过搜索引擎在互联网上进行查询得知：声音在空气中的传播速度是：空气（15℃）340m/s ，空气（25℃）346m/s 。我们暂且可以取传播速度为每秒340米。

3. 代码实现

在本节内容中，我们将编写两个程序版本，实现完全相同的功能。

3.1 函数版本

"""
 distance.py : 计算雷击的距离
"""


def distance(time):
    """ 计算雷击距离 """
    result = 340 * time / 1000   # ①
    return result

def main():
    time = int(input('闪电和雷声时间差(秒): '))   # ②
    result = distance(time)
    print('雷击距离:{0}千米'.format(result))

if __name__ == '__main__':
    main()   # ③

语句①声音传播速度乘以传播时间，计算出雷击的距离。这里把距离单位转换为公里。
语句②实现函数嵌套调用，首先调用input()键盘输入的返回值是字符串，然后调用函数int()完成字符串到整数的转换。
语句③是调用main()函数，它是整个程序的入口，代码逻辑是从这里开始执行。

3.2 脚本版本

"""
 distance2.py : 计算雷击的距离
"""

time = int(input('闪电和雷声时间差(秒): '))   # ①
result = 340 * time / 1000   # ②
print('雷击距离:{0}千米'.format(result))   # ③

这是一个具有IPO经典结构的Python脚本程序。IPO结构讲的是一个完整的程序应该包含3个部分，那就是输入(Input)-处理(Process)-输出(Output)。
语句①是程序的输入部分，从键盘输入数据；
语句②是程序逻辑处理部分，完成程序的计算功能；
语句③是程序的输出部分，打印计算结果。

4. 执行效果

4.1 函数版本

D:\cases\电闪雷鸣的数学联想>python distance.py

闪电和雷声时间差(秒): 5
雷击距离:1.7千米

4.2 脚本版本

D:\cases\电闪雷鸣的数学联想>python distance2.py

闪电和雷声时间差(秒): 5
雷击距离:1.7千米

两个版本的程序执行结果完全一致，都实现了计算雷击距离的功能。

5. 代码评价

这两个版本的程序代码都实现了相同功能，满足了业务需求，但是它们各有特点。其中：
脚本版本实现的程序具有代码简洁，逻辑清晰，简单易懂的特点。脚本编程方法通常仅适用于代码量较小的开发任务，我的建议是程序代码量最好不超过30行。否则随着代码行的增加，程序维护工作量也将显著增加，同时这种编码风格通常被认为不很专业，至少可以认定你现在还处在“菜鸟”级别的编程阶段。
函数版本的程序代码充分体现了软件工程的模块化设计思想，可以提高代码重用效率，有利于程序功能扩展以及后期代码调试和维护，有利于开发团队成员间的协同开发工作。

如果你有意愿想成为一名优秀的Python程序员，那么你就应该学习和掌握函数版本distance.py的编程思想和编程风格，这也是我推荐的编程风格和方法。