Matplotlib Kurvilineares Gitter

Einführung

In diesem Lab lernen wir, wie man GridHelperCurveLinear verwendet, um benutzerdefinierte Gitter- und Strichelinien in Matplotlib zu erstellen. Wir lernen auch, wie man eine polare Projektion in einem rechteckigen Rahmen erstellt.

Tipps für die VM

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Wenn Sie bei der Lernphase Probleme haben, können Sie Labby gerne fragen. Geben Sie nach der Sitzung Feedback ab, und wir werden das Problem für Sie prompt beheben.

Gitter für benutzerdefinierte Transformation

Zunächst erstellen wir ein benutzerdefiniertes Gitter und Strichelinien mit GridHelperCurveLinear. Die benutzerdefinierte Transformation wird auf das Gitter und die Strichelinien angewendet. Der folgende Code demonstriert diesen Prozess:

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.projections import PolarAxes
from matplotlib.transforms import Affine2D
from mpl_toolkits.axisartist import Axes, HostAxes, angle_helper
from mpl_toolkits.axisartist.grid_helper_curvelinear import GridHelperCurveLinear

def curvelinear_test1(fig):
    ## Definiere benutzerdefinierte Transformation
    def tr(x, y):
        return x, y - x
    def inv_tr(x, y):
        return x, y + x

    ## Erstelle GridHelperCurveLinear-Objekt
    grid_helper = GridHelperCurveLinear((tr, inv_tr))

    ## Erstelle ein Subplot mit dem benutzerdefinierten Gitter und den Strichelinien
    ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, axes_class=Axes, grid_helper=grid_helper)

    ## Plotte einige Punkte auf dem Subplot
    xx, yy = tr(np.array([3, 6]), np.array([5, 10]))
    ax1.plot(xx, yy)

    ## Setze das Seitenverhältnis und die Grenzen des Subplots
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(0, 10)
    ax1.set_ylim(0, 10)

    ## Füge fließende Achsen und Gitterlinien hinzu
    ax1.axis["t"] = ax1.new_floating_axis(0, 3)
    ax1.axis["t2"] = ax1.new_floating_axis(1, 7)
    ax1.grid(True, zorder=0)

fig = plt.figure(figsize=(7, 4))
curvelinear_test1(fig)
plt.show()

Polare Projektion in einem rechteckigen Rahmen

Als nächstes erstellen wir eine polare Projektion in einem rechteckigen Rahmen mit GridHelperCurveLinear. Wir verwenden eine Affine2D-Transformation, um die Grad-Koordinaten in Radiant umzurechnen, und PolarAxes.PolarTransform, um die polare Projektion zu erstellen. Wir verwenden auch angle_helper.ExtremeFinderCycle, um die Extrema der polaren Projektion zu finden, und angle_helper.LocatorDMS und angle_helper.FormatterDMS, um die Strichelabels zu formatieren. Der folgende Code demonstriert diesen Prozess:

def curvelinear_test2(fig):
    ## Definiere die benutzerdefinierte Transformation
    tr = Affine2D().scale(np.pi/180, 1) + PolarAxes.PolarTransform()

    ## Definiere den Extremfinder, das Gitter-Locator und den Strichel-Formatter
    extreme_finder = angle_helper.ExtremeFinderCycle(
        nx=20, ny=20,
        lon_cycle=360, lat_cycle=None,
        lon_minmax=None, lat_minmax=(0, np.inf),
    )
    grid_locator1 = angle_helper.LocatorDMS(12)
    tick_formatter1 = angle_helper.FormatterDMS()

    ## Erstelle GridHelperCurveLinear-Objekt
    grid_helper = GridHelperCurveLinear(
        tr, extreme_finder=extreme_finder,
        grid_locator1=grid_locator1, tick_formatter1=tick_formatter1)
    ax1 = fig.add_subplot(
        1, 2, 2, axes_class=HostAxes, grid_helper=grid_helper)

    ## Mache die Strichelabels der rechten und oberen Achse sichtbar
    ax1.axis["right"].major_ticklabels.set_visible(True)
    ax1.axis["top"].major_ticklabels.set_visible(True)

    ## Lasse die rechte Achse die Strichelabels für die erste Koordinate (Winkel) anzeigen
    ax1.axis["right"].get_helper().nth_coord_ticks = 0

    ## Lasse die untere Achse die Strichelabels für die zweite Koordinate (Radius) anzeigen
    ax1.axis["bottom"].get_helper().nth_coord_ticks = 1

    ## Setze das Seitenverhältnis und die Grenzen des Subplots
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(-5, 12)
    ax1.set_ylim(-5, 10)

    ## Füge Gitterlinien zum Subplot hinzu
    ax1.grid(True, zorder=0)

    ## Erstelle eine Parasiten-Achse mit der angegebenen Transformation
    ax2 = ax1.get_aux_axes(tr)

    ## Alles, was Sie in ax2 zeichnen, wird den Strichen und Gittern von ax1 entsprechen.
    ax2.plot(np.linspace(0, 30, 51), np.linspace(10, 10, 51), linewidth=2)

    ax2.pcolor(np.linspace(0, 90, 4), np.linspace(0, 10, 4),
               np.arange(9).reshape((3, 3)))
    ax2.contour(np.linspace(0, 90, 4), np.linspace(0, 10, 4),
                np.arange(16).reshape((4, 4)), colors="k")

fig = plt.figure(figsize=(7, 4))
curvelinear_test2(fig)
plt.show()

Endgültiger Code

Der Endgültige Code kombiniert den Code aus Schritt 1 und Schritt 2:

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.projections import PolarAxes
from matplotlib.transforms import Affine2D
from mpl_toolkits.axisartist import Axes, HostAxes, angle_helper
from mpl_toolkits.axisartist.grid_helper_curvelinear import GridHelperCurveLinear

def curvelinear_test1(fig):
    ## Definiere benutzerdefinierte Transformation
    def tr(x, y):
        return x, y - x
    def inv_tr(x, y):
        return x, y + x

    ## Erstelle GridHelperCurveLinear-Objekt
    grid_helper = GridHelperCurveLinear((tr, inv_tr))

    ## Erstelle ein Subplot mit dem benutzerdefinierten Gitter und den Strichelinien
    ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, axes_class=Axes, grid_helper=grid_helper)

    ## Plotte einige Punkte auf dem Subplot
    xx, yy = tr(np.array([3, 6]), np.array([5, 10]))
    ax1.plot(xx, yy)

    ## Setze das Seitenverhältnis und die Grenzen des Subplots
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(0, 10)
    ax1.set_ylim(0, 10)

    ## Füge fließende Achsen und Gitterlinien hinzu
    ax1.axis["t"] = ax1.new_floating_axis(0, 3)
    ax1.axis["t2"] = ax1.new_floating_axis(1, 7)
    ax1.grid(True, zorder=0)

def curvelinear_test2(fig):
    ## Definiere die benutzerdefinierte Transformation
    tr = Affine2D().scale(np.pi/180, 1) + PolarAxes.PolarTransform()

    ## Definiere den Extremfinder, das Gitter-Locator und den Strichel-Formatter
    extreme_finder = angle_helper.ExtremeFinderCycle(
        nx=20, ny=20,
        lon_cycle=360, lat_cycle=None,
        lon_minmax=None, lat_minmax=(0, np.inf),
    )
    grid_locator1 = angle_helper.LocatorDMS(12)
    tick_formatter1 = angle_helper.FormatterDMS()

    ## Erstelle GridHelperCurveLinear-Objekt
    grid_helper = GridHelperCurveLinear(
        tr, extreme_finder=extreme_finder,
        grid_locator1=grid_locator1, tick_formatter1=tick_formatter1)
    ax1 = fig.add_subplot(
        1, 2, 2, axes_class=HostAxes, grid_helper=grid_helper)

    ## Mache die Strichelabels der rechten und oberen Achse sichtbar
    ax1.axis["right"].major_ticklabels.set_visible(True)
    ax1.axis["top"].major_ticklabels.set_visible(True)

    ## Lasse die rechte Achse die Strichelabels für die erste Koordinate (Winkel) anzeigen
    ax1.axis["right"].get_helper().nth_coord_ticks = 0

    ## Lasse die untere Achse die Strichelabels für die zweite Koordinate (Radius) anzeigen
    ax1.axis["bottom"].get_helper().nth_coord_ticks = 1

    ## Setze das Seitenverhältnis und die Grenzen des Subplots
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(-5, 12)
    ax1.set_ylim(-5, 10)

    ## Füge Gitterlinien zum Subplot hinzu
    ax1.grid(True, zorder=0)

    ## Erstelle eine Parasiten-Achse mit der angegebenen Transformation
    ax2 = ax1.get_aux_axes(tr)

    ## Alles, was Sie in ax2 zeichnen, wird den Strichen und Gittern von ax1 entsprechen.
    ax2.plot(np.linspace(0, 30, 51), np.linspace(10, 10, 51), linewidth=2)

    ax2.pcolor(np.linspace(0, 90, 4), np.linspace(0, 10, 4),
               np.arange(9).reshape((3, 3)))
    ax2.contour(np.linspace(0, 90, 4), np.linspace(0, 10, 4),
                np.arange(16).reshape((4, 4)), colors="k")

fig = plt.figure(figsize=(7, 4))
curvelinear_test1(fig)
curvelinear_test2(fig)
plt.show()

Zusammenfassung

In diesem Lab haben wir gelernt, wie man benutzerdefinierte Gitter- und Strichelinien mit GridHelperCurveLinear erstellt. Wir haben auch gelernt, wie man eine polare Projektion in einem rechteckigen Rahmen mit Affine2D, PolarAxes.PolarTransform und GridHelperCurveLinear erstellt.