# 物料温度 随 时间 增长 而指数逼近 环境温度
# 不同的 物料初始温度 和 环境温度 是如何影响 物料温度 随 时间 变化的曲线?
# 请使用python生成模拟数据,分别绘制
#     物料初始温度 是 环境温度 的4倍时
#     物料初始温度 是 环境温度 的2倍时
#     物料初始温度 是 环境温度 的0.5倍时
#     物料初始温度 是 环境温度 的0.25倍时
# 物料温度 随 时间 变化的曲线,给出代码

# 导入必要的库
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义物料温度随时间增长而指数逼近环境温度的函数
def material_temp(t, T0, Te):
    # t: 时间
    # T0: 物料初始温度
    # Te: 环境温度
    # 返回物料温度
    k = 0.1 # 定义一个常数k，表示物料与环境的热交换系数
    return Te + (T0 - Te) * np.exp(-k * t)

# 定义环境温度为20°C
Te = 20

# 定义不同的物料初始温度，分别是环境温度的4倍、2倍、0.5倍和0.25倍
T0_list = [Te * 4, Te * 2, Te * 0.5, Te * 0.25]

# 定义时间范围为0到100秒，每秒取一个点
t = np.arange(0, 100, 1)

# 创建一个空的列表，用于存储不同物料初始温度下的物料温度数据
T_list = []

# 遍历不同的物料初始温度，计算物料温度数据，并添加到列表中
for T0 in T0_list:
    T = material_temp(t, T0, Te)
    T_list.append(T)

# 创建一个新的图形窗口，设置大小为8x6英寸，分辨率为80像素/英寸
plt.figure(figsize=(8, 6), dpi=80)

# 在图形窗口中创建一个子图，网格为1行1列，当前位置为第1个
plt.subplot(1, 1, 1)

# 遍历不同物料初始温度下的物料温度数据，绘制曲线图，并设置颜色和标签
colors = ["red", "green", "blue", "orange"] # 定义颜色列表
labels = ["T0 = 4Te", "T0 = 2Te", "T0 = 0.5Te", "T0 = 0.25Te"] # 定义标签列表
for i in range(len(T_list)):
    plt.plot(t, T_list[i], color=colors[i], linewidth=2.0, linestyle="-", label=labels[i])

# 设置横轴和纵轴的范围和标签
plt.xlim(0, 100)
plt.ylim(0, 100)
plt.xlabel("时间 (秒)")
plt.ylabel("物料温度 (°C)")

# 设置横轴和纵轴的刻度和刻度标签
plt.xticks(np.linspace(0, 100, 11))
plt.yticks(np.linspace(0, 100, 11))

# 添加图例，位置为右上角
plt.legend(loc="upper right")

# 添加标题，内容为"物料温度随时间变化的曲线图"
plt.title("物料温度随时间变化的曲线图")

# 显示图形窗口
plt.show()