Matplotlib - 視窗限制

上一頁
下一頁

Viewlims 或 視窗限制 指的是沿 x 軸和 y 軸在繪圖中顯示的資料範圍。視窗限制對於互動式資料視覺化非常有用，因為它允許使用者動態調整資料的顯示。

Matplotlib 提供了各種方法和工具來互動式地設定和更新視窗限制，使使用者能夠有效地探索和分析資料。一般情況下，在 matplotlib 繪圖中，視窗限制會根據正在繪製的資料自動確定。

本教程將逐步實現如何在 Matplotlib 繪圖中使用視窗限制建立互動式縮放功能，以建立與使用者互動相對應的動態視覺化。

建立互動式縮放繪圖

建立一個類，當我們放大時重新生成分形集（曼德布羅集是數學中著名的分形），允許我們觀察越來越多的細節。此外，我們將在左側面板中顯示一個框，以顯示我們縮放到的區域。

此類定義了compute_image方法，根據提供的邊界計算曼德布羅集。而axes_update方法根據當前視窗限制更新繪圖。它確保每當視窗限制更改時，都會重新計算和重繪曼德布羅集。

class InteractiveFractal:

   def __init__(self, h=500, w=500, niter=50, radius=2., power=2):
      self.height = h
      self.width = w
      self.niter = niter
      self.radius = radius
      self.power = power

   def compute_image(self, xstart, xend, ystart, yend):
      self.x = np.linspace(xstart, xend, self.width)
      self.y = np.linspace(ystart, yend, self.height).reshape(-1, 1)
      c = self.x + 1.0j * self.y
      threshold_time = np.zeros((self.height, self.width))
      z = np.zeros(threshold_time.shape, dtype=complex)
      mask = np.ones(threshold_time.shape, dtype=bool)
      for i in range(self.niter):
         z[mask] = z[mask]**self.power + c[mask]
         mask = (np.abs(z) < self.radius)
         threshold_time += mask
      return threshold_time

   def axes_update(self, ax):
      ax.set_autoscale_on(False) 
        
      self.width, self.height = \
         np.round(ax.patch.get_window_extent().size).astype(int)
        
      vl = ax.viewLim
      extent = vl.x0, vl.x1, vl.y0, vl.y1

      im = ax.images[-1]
      im.set_data(self.compute_image(*extent))
      im.set_extent(extent)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

更新視窗限制

我們將建立一個類UpdateRectangle來建立一個矩形，該矩形代表我們在曼德布羅集中縮放到的區域。此類擴充套件了Rectangle類，並用於在視窗限制更改時更新表示縮放區域的矩形。當我們在左側面板放大時，矩形將更新其形狀以匹配座標軸的邊界。

class UpdateRectangle(Rectangle):
   def __call__(self, ax):
      self.set_bounds(*ax.viewLim.bounds)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

連接回調函式

回撥函式連線到第二個子圖 (ax2) 的xlim_changed 和ylim_changed 事件。每當視窗限制更改時，這些回撥函式都會觸發矩形和曼德布羅集的更新。

# Connect for changing the view limits
ax2.callbacks.connect('xlim_changed', rect)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', rect)

ax2.callbacks.connect('xlim_changed', md.ax_update)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', md.ax_update)

以下是完整程式碼

曼德布羅集最初繪製在兩個子圖 (ax1 和 ax2) 中。表示縮放區域的矩形新增到 ax1，並且回撥函式連線到 ax2 以處理視窗限制更改。

示例

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from matplotlib.patches import Rectangle

class UpdateRectangle(Rectangle):
   def __call__(self, ax):
      self.set_bounds(*ax.viewLim.bounds)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

class InteractiveFractal:

   def __init__(self, h=500, w=500, niter=50, radius=2., power=2):
      self.height = h
      self.width = w
      self.niter = niter
      self.radius = radius
      self.power = power

   def compute_image(self, xstart, xend, ystart, yend):
      self.x = np.linspace(xstart, xend, self.width)
      self.y = np.linspace(ystart, yend, self.height).reshape(-1, 1)
      c = self.x + 1.0j * self.y
      threshold_time = np.zeros((self.height, self.width))
      z = np.zeros(threshold_time.shape, dtype=complex)
      mask = np.ones(threshold_time.shape, dtype=bool)
      for i in range(self.niter):
         z[mask] = z[mask]**self.power + c[mask]
         mask = (np.abs(z) < self.radius)
         threshold_time += mask
      return threshold_time

   def axes_update(self, ax):
      ax.set_autoscale_on(False) 
        
      self.width, self.height = \
         np.round(ax.patch.get_window_extent().size).astype(int)
        
      vl = ax.viewLim
      extent = vl.x0, vl.x1, vl.y0, vl.y1

      im = ax.images[-1]
      im.set_data(self.compute_image(*extent))
      im.set_extent(extent)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

md = InteractiveFractal()
Z = md.compute_image(-2., 0.5, -1.25, 1.25)

fig1, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(7, 4))
ax1.imshow(Z, origin='lower',
   extent=(md.x.min(), md.x.max(), md.y.min(), md.y.max()))
ax2.imshow(Z, origin='lower',
   extent=(md.x.min(), md.x.max(), md.y.min(), md.y.max()))

rect = UpdateRectangle(
   [0, 0], 0, 0, facecolor='none', edgecolor='black', linewidth=1.0)
rect.set_bounds(*ax2.viewLim.bounds)
ax1.add_patch(rect)

# Connect for changing the view limits
ax2.callbacks.connect('xlim_changed', rect)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', rect)

ax2.callbacks.connect('xlim_changed', md.axes_update)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', md.axes_update)
ax2.set_title("Zoom here")

plt.show()
輸出

執行上述程式後，您將得到以下輸出：

Viewlims 示例 1 觀看下面的影片以瞭解視窗限制在此處的運作方式：Viewlims gif 檔案
列印頁面
上一頁
下一頁
廣告