Python实现动态绘图的示例详解

目录
  • 示例
  • FuncAnimation
  • 三维情况

示例

matplotlib中的animation提供了动态绘图功能,下面列举一个最简单的动态绘制三角函数的例子,来初步演示一下。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5,3))
line, = ax.plot([], [], lw=1)
ax.grid()

def init():
    ax.set_ylim(-1, 1)
    ax.set_xlim(0, 10)
    line.set_data([],[])
    plt.tight_layout()
    return line,

def animate(N):
    x = np.arange(N)/10
    y = np.sin(x)
    line.set_data(x, y)
    return line,

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, range(100), init_func=init, interval=40)
ani.save("ani_test_0.gif")
plt.show()

效果如下

其中,fig, ax为绘图窗口和坐标轴,这是在任何绘图操作中都涉及到的元素,但在本例中的动态绘图操作中,ax是以一种"全局变量"的形式存在的,将在后米娜的initanimate函数中被直接调用。

line即为绘制在ax之上的曲线,由于ax.plot默认返回一个曲线列表,通过line,=这样的方法,可以提取出曲线列表中的第0条曲线,其结果等价于

line = ax.plot([], [], lw=1)[0]

接下来init函数用于绘图曲线的初始化,animate用于调整绘图函数的动态变化,其输入N暂时可以简单地理解为第N张图像的曲线。

接下来,就是动态绘图的核心对象FuncAnimation

FuncAnimation

FuncAnimation是一个类,其构造函数为

FuncAnimation(fig, func, frames=None, init_func=None, fargs=None, save_count=None, *, cache_frame_data=True, **kwargs)

前面的4个参数在示例程序中已经用到,fig为绘图窗口;func为图像更新函数;frames为绘图帧号;init_func为图像的初始化函数。

其绘图逻辑写成伪代码类似于

for n in frames:
    if n>0:
        draw(func(n))
    else:
        draw(init(n))    

如果frames是一个整数,则在调用时会自动转为range(frames)

而用于绘图的主要对象,就是坐标轴ax,故而在示例中的animate以及init函数的返回对象是line,,当然也可以写成return [line]

FuncAnimation中的其他参数含义如下:

  • fargs 为绘图函数func的其他输入参数
  • save_count 缓存帧数
  • interval 帧延时,默认200毫秒,帧率25fps对应40毫秒。
  • repeat_delay 重复延时,单位是微秒
  • repeat 为False时,动画将只演示一遍。

三维情况

三维情况的动图绘制函数,机理与二维是相同的,下面引用官方画廊中的示例,来演示一下三维动图的绘制流程,首先生成一组随机行走的曲线

np.random.seed(19680801)        # 随机数种子,便于复现

def random_walk(N, L=0.05):
    st = np.random.random(3)
    steps = np.random.uniform(-L, L, size=(N, 3))
    walk = st + np.cumsum(steps, axis=0)
    return walk

walks = [random_walk(30) for index in range(40)]

random_walk可生成一条随机行走的三维曲线,walks通过调用这个函数,共生成了40条曲线,下面就是对这40条曲线的调用

def animate(num, walks, lines):
    for line, walk in zip(lines, walks):
        line.set_data(walk[:num, :2].T)
        line.set_3d_properties(walk[:num, 2])
    return lines

fig = plt.figure(figsize=(5,4))
ax = fig.add_subplot(projection="3d")

lines = [ax.plot([], [], [], lw=1)[0] for _ in walks]

ax.set(xlim3d=(0, 1), xlabel='X')
ax.set(ylim3d=(0, 1), ylabel='Y')
ax.set(zlim3d=(0, 1), zlabel='Z')

ani = animation.FuncAnimation(
    fig, animate, 30, fargs=(walks, lines), interval=100)

plt.show()

效果如下

到此这篇关于Python实现动态绘图的示例详解的文章就介绍到这了,更多相关Python动态绘图内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

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