Anote Gráficos Matplotlib de Forma Eficaz

Introdução

Este laboratório irá guiá-lo através da anotação de gráficos em Matplotlib. Você aprenderá como destacar pontos de interesse específicos e usar várias ferramentas visuais para chamar a atenção para esses pontos. As ferramentas de anotação e texto são essenciais para transmitir informações e tornar os gráficos mais visualmente atraentes.

Dicas para a VM

Após a inicialização da VM, clique no canto superior esquerdo para mudar para a aba Notebook e acessar o Jupyter Notebook para praticar.

Às vezes, pode ser necessário aguardar alguns segundos para que o Jupyter Notebook termine de carregar. A validação das operações não pode ser automatizada devido às limitações do Jupyter Notebook.

Se você enfrentar problemas durante o aprendizado, sinta-se à vontade para perguntar ao Labby. Forneça feedback após a sessão, e resolveremos o problema prontamente para você.

Especificando pontos de texto e pontos de anotação

Você deve especificar um ponto de anotação xy=(x, y) para anotar este ponto. Adicionalmente, você pode especificar um ponto de texto xytext=(x, y) para a localização do texto para esta anotação. Opcionalmente, você pode especificar o sistema de coordenadas de xy e xytext com uma das seguintes strings para xycoords e textcoords (o padrão é 'data'):

• 'figure points' (pontos da figura): pontos a partir do canto inferior esquerdo da figura
• 'figure pixels' (pixels da figura): pixels a partir do canto inferior esquerdo da figura
• 'figure fraction' (fração da figura): (0, 0) é o canto inferior esquerdo da figura e (1, 1) é o canto superior direito
• 'axes points' (pontos dos eixos): pontos a partir do canto inferior esquerdo dos eixos
• 'axes pixels' (pixels dos eixos): pixels a partir do canto inferior esquerdo dos eixos
• 'axes fraction' (fração dos eixos): (0, 0) é o canto inferior esquerdo dos eixos e (1, 1) é o canto superior direito
• 'offset points' (pontos de deslocamento): especifica um deslocamento (em pontos) do valor xy
• 'offset pixels' (pixels de deslocamento): especifica um deslocamento (em pixels) do valor xy
• 'data' (dados): usa o sistema de coordenadas de dados dos eixos

Observação: para sistemas de coordenadas físicas (pontos ou pixels), a origem é a (inferior, esquerda) da figura ou dos eixos.

Opcionalmente, você pode especificar propriedades da seta, que desenha uma seta do texto para o ponto anotado, fornecendo um dicionário de propriedades da seta. As chaves válidas são:

• width (largura): a largura da seta em pontos
• frac: a fração do comprimento da seta ocupada pela cabeça
• headwidth (largura da cabeça): a largura da base da cabeça da seta em pontos
• shrink (encolher): move a ponta e a base alguns por cento para longe do ponto anotado e do texto
• any key for matplotlib.patches.polygon (qualquer chave para matplotlib.patches.polygon) (por exemplo, facecolor)

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from matplotlib.patches import Ellipse
from matplotlib.text import OffsetFrom

## Create our figure and data we'll use for plotting
fig, ax = plt.subplots(figsize=(4, 4))

t = np.arange(0.0, 5.0, 0.01)
s = np.cos(2*np.pi*t)

## Plot a line and add some simple annotations
line, = ax.plot(t, s)
ax.annotate('figure pixels',
            xy=(10, 10), xycoords='figure pixels')
ax.annotate('figure points',
            xy=(107, 110), xycoords='figure points',
            fontsize=12)
ax.annotate('figure fraction',
            xy=(.025, .975), xycoords='figure fraction',
            horizontalalignment='left', verticalalignment='top',
            fontsize=20)

## The following examples show off how these arrows are drawn.

ax.annotate('point offset from data',
            xy=(3, 1), xycoords='data',
            xytext=(-10, 90), textcoords='offset points',
            arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),
            horizontalalignment='center', verticalalignment='bottom')

ax.annotate('axes fraction',
            xy=(2, 1), xycoords='data',
            xytext=(0.36, 0.68), textcoords='axes fraction',
            arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),
            horizontalalignment='right', verticalalignment='top')

## You may also use negative points or pixels to specify from (right, top).
## E.g., (-10, 10) is 10 points to the left of the right side of the axes and 10
## points above the bottom

ax.annotate('pixel offset from axes fraction',
            xy=(1, 0), xycoords='axes fraction',
            xytext=(-20, 20), textcoords='offset pixels',
            horizontalalignment='right',
            verticalalignment='bottom')

ax.set(xlim=(-1, 5), ylim=(-3, 5))

Usando múltiplos sistemas de coordenadas e tipos de eixos

Você pode especificar o xypoint e o xytext em diferentes posições e sistemas de coordenadas e, opcionalmente, ativar uma linha de conexão e marcar o ponto com um marcador. As anotações também funcionam em eixos polares.

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw=dict(projection='polar'), figsize=(3, 3))
r = np.arange(0, 1, 0.001)
theta = 2*2*np.pi*r
line, = ax.plot(theta, r)

ind = 800
thisr, thistheta = r[ind], theta[ind]
ax.plot([thistheta], [thisr], 'o')
ax.annotate('a polar annotation',
            xy=(thistheta, thisr),  ## theta, radius
            xytext=(0.05, 0.05),    ## fraction, fraction
            textcoords='figure fraction',
            arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),
            horizontalalignment='left',
            verticalalignment='bottom')

Personalizando estilos de seta e bolha

A seta entre xytext e o ponto de anotação, bem como a bolha que cobre o texto da anotação, são altamente personalizáveis. Abaixo estão algumas opções de parâmetros, bem como sua saída resultante.

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 5))

t = np.arange(0.0, 5.0, 0.01)
s = np.cos(2*np.pi*t)
line, = ax.plot(t, s, lw=3)

ax.annotate(
    'straight',
    xy=(0, 1), xycoords='data',
    xytext=(-50, 30), textcoords='offset points',
    arrowprops=dict(arrowstyle="->"))
ax.annotate(
    'arc3,\nrad 0.2',
    xy=(0.5, -1), xycoords='data',
    xytext=(-80, -60), textcoords='offset points',
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    connectionstyle="arc3,rad=.2"))
ax.annotate(
    'arc,\nangle 50',
    xy=(1., 1), xycoords='data',
    xytext=(-90, 50), textcoords='offset points',
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    connectionstyle="arc,angleA=0,armA=50,rad=10"))
ax.annotate(
    'arc,\narms',
    xy=(1.5, -1), xycoords='data',
    xytext=(-80, -60), textcoords='offset points',
    arrowprops=dict(
        arrowstyle="->",
        connectionstyle="arc,angleA=0,armA=40,angleB=-90,armB=30,rad=7"))
ax.annotate(
    'angle,\nangle 90',
    xy=(2., 1), xycoords='data',
    xytext=(-70, 30), textcoords='offset points',
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    connectionstyle="angle,angleA=0,angleB=90,rad=10"))
ax.annotate(
    'angle3,\nangle -90',
    xy=(2.5, -1), xycoords='data',
    xytext=(-80, -60), textcoords='offset points',
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    connectionstyle="angle3,angleA=0,angleB=-90"))
ax.annotate(
    'angle,\nround',
    xy=(3., 1), xycoords='data',
    xytext=(-60, 30), textcoords='offset points',
    bbox=dict(boxstyle="round", fc="0.8"),
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    connectionstyle="angle,angleA=0,angleB=90,rad=10"))
ax.annotate(
    'angle,\nround4',
    xy=(3.5, -1), xycoords='data',
    xytext=(-70, -80), textcoords='offset points',
    size=20,
    bbox=dict(boxstyle="round4,pad=.5", fc="0.8"),
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    connectionstyle="angle,angleA=0,angleB=-90,rad=10"))
ax.annotate(
    'angle,\nshrink',
    xy=(4., 1), xycoords='data',
    xytext=(-60, 30), textcoords='offset points',
    bbox=dict(boxstyle="round", fc="0.8"),
    arrowprops=dict(arrowstyle="->",
                    shrinkA=0, shrinkB=10,
                    connectionstyle="angle,angleA=0,angleB=90,rad=10"))
## You can pass an empty string to get only annotation arrows rendered
ax.annotate('', xy=(4., 1.), xycoords='data',
            xytext=(4.5, -1), textcoords='data',
            arrowprops=dict(arrowstyle="<->",
                            connectionstyle="bar",
                            ec="k",
                            shrinkA=5, shrinkB=5))

ax.set(xlim=(-1, 5), ylim=(-4, 3))

Mais exemplos de sistemas de coordenadas

Abaixo, mostraremos mais alguns exemplos de sistemas de coordenadas e como a localização das anotações pode ser especificada.

fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2)

bbox_args = dict(boxstyle="round", fc="0.8")
arrow_args = dict(arrowstyle="->")

## Here we'll demonstrate the extents of the coordinate system and how
## we place annotating text.

ax1.annotate('figure fraction : 0, 0', xy=(0, 0), xycoords='figure fraction',
             xytext=(20, 20), textcoords='offset points',
             ha="left", va="bottom",
             bbox=bbox_args,
             arrowprops=arrow_args)

ax1.annotate('figure fraction : 1, 1', xy=(1, 1), xycoords='figure fraction',
             xytext=(-20, -20), textcoords='offset points',
             ha="right", va="top",
             bbox=bbox_args,
             arrowprops=arrow_args)

ax1.annotate('axes fraction : 0, 0', xy=(0, 0), xycoords='axes fraction',
             xytext=(20, 20), textcoords='offset points',
             ha="left", va="bottom",
             bbox=bbox_args,
             arrowprops=arrow_args)

ax1.annotate('axes fraction : 1, 1', xy=(1, 1), xycoords='axes fraction',
             xytext=(-20, -20), textcoords='offset points',
             ha="right", va="top",
             bbox=bbox_args,
             arrowprops=arrow_args)

## It is also possible to generate draggable annotations

an1 = ax1.annotate('Drag me 1', xy=(.5, .7), xycoords='data',
                   ha="center", va="center",
                   bbox=bbox_args)

an2 = ax1.annotate('Drag me 2', xy=(.5, .5), xycoords=an1,
                   xytext=(.5, .3), textcoords='axes fraction',
                   ha="center", va="center",
                   bbox=bbox_args,
                   arrowprops=dict(patchB=an1.get_bbox_patch(),
                                   connectionstyle="arc3,rad=0.2",
                                   **arrow_args))
an1.draggable()
an2.draggable()

an3 = ax1.annotate('', xy=(.5, .5), xycoords=an2,
                   xytext=(.5, .5), textcoords=an1,
                   ha="center", va="center",
                   bbox=bbox_args,
                   arrowprops=dict(patchA=an1.get_bbox_patch(),
                                   patchB=an2.get_bbox_patch(),
                                   connectionstyle="arc3,rad=0.2",
                                   **arrow_args))

## Finally we'll show off some more complex annotation and placement

text = ax2.annotate('xy=(0, 1)\nxycoords=("data", "axes fraction")',
                    xy=(0, 1), xycoords=("data", 'axes fraction'),
                    xytext=(0, -20), textcoords='offset points',
                    ha="center", va="top",
                    bbox=bbox_args,
                    arrowprops=arrow_args)

ax2.annotate('xy=(0.5, 0)\nxycoords=artist',
             xy=(0.5, 0.), xycoords=text,
             xytext=(0, -20), textcoords='offset points',
             ha="center", va="top",
             bbox=bbox_args,
             arrowprops=arrow_args)

ax2.annotate('xy=(0.8, 0.5)\nxycoords=ax1.transData',
             xy=(0.8, 0.5), xycoords=ax1.transData,
             xytext=(10, 10),
             textcoords=OffsetFrom(ax2.bbox, (0, 0), "points"),
             ha="left", va="bottom",
             bbox=bbox_args,
             arrowprops=arrow_args)

ax2.set(xlim=[-2, 2], ylim=[-2, 2])

Resumo

Este laboratório abordou os conceitos básicos de anotação de gráficos em Matplotlib. Você aprendeu como especificar pontos de anotação e texto, usar múltiplos sistemas de coordenadas e tipos de eixos, personalizar estilos de seta e bolha, e mais exemplos de sistemas de coordenadas. Essas ferramentas são essenciais para tornar os gráficos mais visualmente atraentes e transmitir informações de forma eficaz.