1. 場景描述
吉米是太平洋島國一個貧苦家庭的孩子，他的夢想就是當總統，引領國家走向富強之路。
開學的第一堂課上，老師用白色的粉筆在黑闆上寫下了“我的夢想”，同學們都陷入了思考。大衛的夢想是當一名科學家，用奇思妙想改變世界，探索人類未知的秘密；傑克的夢想是當一名妙手回春的醫生，用高超的醫術解除病人的痛苦；迪娜的夢想是當一名歌手，讓自己的歌聲傳遍世界的每一個角落；吉米的夢想是當總統，剛說到這裡，教室裡就傳來一陣又一陣的嘲笑聲，因為吉米的父親是一個農民，吉米家連溫飽都無法保障，他想當總統，簡直就是癡人說夢。在走出校園的那一年，吉米接替了父親當上了農民。吉米能夠吃苦耐勞，在地裡一呆就是30多年，他研發出了很多能讓農作物産量成倍提升的方法，55歲的吉米擁有了自己的綠色生态農業公司。吉米的公司座落在城市最繁華的地段，生意越做越大，吉米成了全國知名的企業家，與此同時他還熱心公益，回報社會。吉米70歲那年，他的綠色生态農業公司成功上市了。望着窗外的摩天大廈，口中反複念叨着他兒時的夢想，在那個物質極度匮乏的年代許下的願望，半個多世紀過去了都一直未曾改變。73歲的吉米決定參加總統選舉，最終因為身體原因不得不中途退出競選。在他彌留之際，他告訴兒子小吉米：我從小的夢想就是當總統，引領國家走向富強之路。現在我倒在了追求夢想的路上，此生無悔！十年之後，小吉米也參加了總統競選，最後吉米以壓倒性優勢戰勝其他競選人，成功當選新一屆總統。
吉米父子的故事給我們的啟迪：在實作夢想的道路上都會遭遇無盡的荊棘，隻要堅持夢想，在追夢的路上不斷前行，終能創造奇迹，夢想成真。
下面我們将根據以上場景，模拟總統大選的投票和選票統計的過程。
2. 程式設計思路
為了模拟投票和計票過程，我們需要解決以下幾個關鍵問題：
2.1 參選人
使用字典candidates存放參選人資訊，字典的鍵是參選人編号，字典的值是參選人姓名。内容如下：
candidates = {1: ‘jimmy’, 2: ‘jenifer’, 3: ‘peter’, 4: ‘linda’, 5: ‘roger’}
這個字典描述了5位參選人。1号參選人是jimmy，2号參選人是jenifer，3号參選人是peter，以此類推。
2.2 選票
我們使用清單votes來存放選票，這個清單中的每個元素代表一張選票，它是一個整數，對應參選人字典candidates中的參選人編号。例如：
votes = [1,5,3,1,1]
表示清單votes中存放了5張選票，對照字典candidates找出映射關系，我們可以得出結論：
jimmy : 3 張選票
roger : 1 張選票
peter : 1 張選票
2.3 模拟生成選票
編寫函數make_votes(voter_num, candidate_num)，模拟生成選票。其中參數voter_num代表投票人數，candidate_num代表參選人數；傳回值是一個存放選票的清單votes。其内容為如下樣式：
votes = [1, 3, 5, 2, 1, 4, 4, 1]
2.4 統計選票
編寫函數count_votes(votes)，實作選票統計功能。參數votes是一個清單，存放所有參選人的選票。傳回值是字典candidate_votes，諸如以下内容：
candidate_votes = { 1:3, 3:1, 5:1, 2:1, 4:2 }
代表如下含義：
jimmy : 3 張選票；
peter : 1 張選票；
roger : 1 張選票；
jenifer : 1 張選票；
linda : 2 張選票。
2.5 統計結果可視化
編寫函數：visualize(index, value, color)，繪制選票統計直方圖。其輸入參數index為參選人姓名清單，value 是選票數清單，而color則是繪圖中使用的顔色清單。
3. 代碼實作
"""
elect.py : 吉米的總統夢想
"""
import random
from sys import argv, exit
from matplotlib import pyplot as plt
candidates = {1: 'jimmy', 2: 'jenifer', 3: 'peter', 4: 'linda', 5: 'roger'} # 參選人字典
color_lst = ['aquamarine', 'dodgerblue', 'indianred', 'darkorange', 'seagreen'] # 顔色清單
def make_votes(voter_num, candidate_num):
"""
功能：模拟生成選票
參數：
voter_num : 投票人數
candidate_num : 參選人數
傳回：
votes ：選票清單
"""
votes = []
for i in range(voter_num): # ①
vote = random.randint(1, candidate_num) # ②
votes.append(vote) # ③
return votes
def count_votes(votes):
"""
功能：按參選人統計選票
參數：
votes ：選票池清單
傳回：
candidate_votes : 包含參選人編号及選票數的字典
"""
candidate_votes = {}
for vote in votes: # ④
if vote in candidate_votes: # ⑤
candidate_votes[vote] += 1
else:
candidate_votes[vote] = 1
return candidate_votes
def visualize(index, value, color):
"""
功能：選票資料可視化，繪制直方圖
參數：
index : 參選人清單
value : 參選人所得選票數的清單
color : 繪圖使用的顔色清單
"""
fig_mgr = plt.get_current_fig_manager()
fig_mgr.set_window_title("Counting-Votes")
plt.xlabel('Candidates', color='red')
plt.ylabel('Votes', color='red')
plt.bar(index, value, width=0.7, color=color)
plt.title('Counting - Votes', color='red')
data = zip(index, value) # ⑥
for x, y in data: # ⑦
plt.text(x, y, y, ha='center', va='bottom')
plt.show()
def main():
if len(argv) != 2:
print('Usage: elect.py voter_number')
exit(1)
voters = int(argv[1])
votes = make_votes(voters, len(candidates)) # ⑧
candidate_votes = count_votes(votes) # ⑨
index = [candidates[k] for k in candidate_votes]
value = candidate_votes.values()
visualize(index, value, color_lst) # ⑩
if __name__ == '__main__':
main()
程式主要語句說明如下：
語句①按照投票人數，生成選票。每個投票人隻能投一票，并且隻能投給1名參選人；
語句②随機生成1張選票，使用一個整數表示，其含義是參選人編号；
語句③将1張選票添加到選票清單votes中，我們可以把votes了解為選票池；
語句④通過循環語句，對選票池中的每一張進行分類統計；
語句⑤按參選人編号分類，統計累加所得選票數；
語句⑥生成可疊代變量data，其中每個元素是包含參選人姓名和得票數的元組，諸如以下内容：
[ (‘jimmy’, 26), (‘roger’, 20), (‘jenifer’, 18), (‘peter’, 13), (‘linda’, 23) ]
語句⑦完成在直方圖的立柱列印選票數；
語句⑧調用make_votes()建立選票池，參數分别是投票人數和參選人數；
語句⑨調用count_votes()統計選票，輸入參數是選票池votes清單；
語句⑩調用函數visualize()實作選票可視化展現，它是通過調用第三方繪圖庫matplotlib實作的。
4. 運作效果
4.1 運作環境
由于資料可視化部分使用了第三方繪圖庫：matplotlib，是以在程式運作之前，我們需要在Python環境中進行手動安裝，可在Windows指令行視窗中執行以下指令即可：
D:>pip install matplotlib
如果安裝速度慢，可以指定安裝源。執行以下指令，将完成快速安裝：
D:>pip install matplotlib -i http://pypi.douban.com/simple --trusted-host pypi.douban.com
4.2 程式執行
D:\cases\吉米的總統夢想>python elect.py 100
代表有100人參加選舉投票，程式執行結果如下圖所示：
在以上圖表中：橫軸代表候選人，縱軸代表候選人所獲得的選票數。
如果你對本案例的免費視訊講解有興趣，可在百度中搜尋：寰銀學堂，觀看項目開發實踐 -“選票統計可視化”。
4.3 壓力測試
如果需要統計百萬、千萬、甚至是上億量級的選票，執行本程式會導緻電腦系統當機崩潰嗎？需要什麼樣配置的電腦可以完成此項任務？筆記本電腦是否可以勝任呢？
我們強烈鼓勵讀者進行以上壓力測試，或許這樣的測試将會颠覆一些傳統固有的思維定式，增長全新的見識。
4.4 優化建議
到目前為此，elect.py程式子產品的代碼量超過60多行，為友善日後的代碼維護和代碼重用，我們可以把函數make_votes(), count_votes()和函數visualize()的程式代碼從子產品elect.py中剝離出來，形成新的子子產品可取名為votes.py，并在主子產品elect.py中使用語句from votes import *，這樣你就可以使用子子產品中的函數了。關于具體的實作方法在此不再贅述。