오차 밴드가 있는 곡선 그리기

소개

이 튜토리얼은 Python Matplotlib 을 사용하여 오차 밴드 (error band) 가 있는 곡선을 그리는 방법을 안내합니다. 오차 밴드는 곡선의 불확실성을 나타내는 데 사용됩니다. 이 예제에서는 오차가 각 지점에서 곡선에 수직인 불확실성을 설명하는 스칼라 err로 주어질 수 있다고 가정합니다. 우리는 이 오차를 .PathPatch를 사용하여 경로 주변의 색상 밴드로 시각화합니다. 패치는 곡선 *(x, y)*에 수직으로 +/- err만큼 이동된 두 개의 경로 세그먼트 (xp, yp) 및 *(xn, yn)*에서 생성됩니다.

VM 팁

VM 시작이 완료되면 왼쪽 상단을 클릭하여 Notebook 탭으로 전환하여 실습을 위해 Jupyter Notebook에 액세스하십시오.

때로는 Jupyter Notebook 이 로딩을 완료하는 데 몇 초 정도 기다려야 할 수 있습니다. Jupyter Notebook 의 제한 사항으로 인해 작업의 유효성 검사는 자동화할 수 없습니다.

학습 중에 문제가 발생하면 언제든지 Labby 에게 문의하십시오. 세션 후 피드백을 제공해주시면 문제를 즉시 해결해 드리겠습니다.

필요한 라이브러리 가져오기

첫 번째 단계는 필요한 라이브러리를 가져오는 것입니다. Matplotlib, NumPy, PathPatch 및 Path 를 사용합니다.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.patches import PathPatch
from matplotlib.path import Path

곡선 정의

다음으로, 오차 밴드를 그릴 곡선을 정의합니다. 이 예제에서는 매개변수화된 곡선을 사용합니다. 매개변수화된 곡선 x(t), y(t) 는 ~.Axes.plot을 사용하여 직접 그릴 수 있습니다.

N = 400
t = np.linspace(0, 2 * np.pi, N)
r = 0.5 + np.cos(t)
x, y = r * np.cos(t), r * np.sin(t)

오차 밴드 정의

이제 곡선 주위에 그릴 오차 밴드를 정의합니다. 이 예제에서는 오차가 각 지점에서 곡선에 수직인 불확실성을 설명하는 스칼라 err로 주어질 수 있다고 가정합니다.

def draw_error_band(ax, x, y, err, **kwargs):
    ## Calculate normals via centered finite differences (except the first point
    ## which uses a forward difference and the last point which uses a backward
    ## difference).
    dx = np.concatenate([[x[1] - x[0]], x[2:] - x[:-2], [x[-1] - x[-2]]])
    dy = np.concatenate([[y[1] - y[0]], y[2:] - y[:-2], [y[-1] - y[-2]]])
    l = np.hypot(dx, dy)
    nx = dy / l
    ny = -dx / l

    ## end points of errors
    xp = x + nx * err
    yp = y + ny * err
    xn = x - nx * err
    yn = y - ny * err

    vertices = np.block([[xp, xn[::-1]],
                         [yp, yn[::-1]]]).T
    codes = np.full(len(vertices), Path.LINETO)
    codes[0] = codes[len(xp)] = Path.MOVETO
    path = Path(vertices, codes)
    ax.add_patch(PathPatch(path, **kwargs))

오차 밴드 그리기

이제 draw_error_band 함수를 호출하고 적절한 매개변수를 전달하여 오차 밴드를 그릴 수 있습니다.

fig, axs = plt.subplots(1, 2, layout='constrained', sharex=True, sharey=True)
errs = [
    (axs[0], "constant error", 0.05),
    (axs[1], "variable error", 0.05 * np.sin(2 * t) ** 2 + 0.04),
]
for i, (ax, title, err) in enumerate(errs):
    ax.set(title=title, aspect=1, xticks=[], yticks=[])
    ax.plot(x, y, "k")
    draw_error_band(ax, x, y, err=err,
                    facecolor=f"C{i}", edgecolor="none", alpha=.3)

plt.show()

오차 밴드 보기

이제 곡선 주위에 오차 밴드가 표시되어야 합니다.

요약

이 튜토리얼에서는 Python Matplotlib 을 사용하여 오차 밴드가 있는 곡선을 그리는 방법을 배웠습니다. 필요한 라이브러리를 가져오고, 곡선을 정의하고, 오차 밴드를 정의하고, 오차 밴드를 그리고, 오차 밴드를 보는 것으로 시작했습니다.