Кривилинейная сетка в Matplotlib

Введение

В этом практическом занятии мы научимся использовать GridHelperCurveLinear для создания пользовательской сетки и делений на графике в Matplotlib. Также мы узнаем, как создать полярную проекцию в прямоугольной области.

Советы по использованию ВМ

После запуска виртуальной машины кликните в левом верхнем углу, чтобы переключиться на вкладку Ноутбук и получить доступ к Jupyter Notebook для практики.

Иногда вам может потребоваться подождать несколько секунд, пока Jupyter Notebook загрузится полностью. Проверка операций не может быть автоматизирована из-за ограничений Jupyter Notebook.

Если вы столкнетесь с проблемами во время обучения, не стесняйтесь обращаться к Labby. Оставьте отзыв после занятия, и мы оперативно решим проблему для вас.

Сетка для пользовательского преобразования

Сначала мы создадим пользовательскую сетку и деления с использованием GridHelperCurveLinear. Пользовательское преобразование будет применяться к сетке и делениям. Следующий код демонстрирует этот процесс:

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):
    ## Определяем пользовательское преобразование
    def tr(x, y):
        return x, y - x
    def inv_tr(x, y):
        return x, y + x

    ## Создаем объект GridHelperCurveLinear
    grid_helper = GridHelperCurveLinear((tr, inv_tr))

    ## Создаем подграфик с пользовательской сеткой и делениями
    ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, axes_class=Axes, grid_helper=grid_helper)

    ## Строим несколько точек на подграфике
    xx, yy = tr(np.array([3, 6]), np.array([5, 10]))
    ax1.plot(xx, yy)

    ## Задаем соотношение сторон и пределы подграфика
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(0, 10)
    ax1.set_ylim(0, 10)

    ## Добавляем плавающие оси и сеточные линии
    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()

Полярная проекция в прямоугольной области

Далее мы создадим полярную проекцию в прямоугольной области с использованием GridHelperCurveLinear. Мы будем использовать преобразование Affine2D для масштабирования градусных координат до радиан, и PolarAxes.PolarTransform для создания полярной проекции. Также мы будем использовать angle_helper.ExtremeFinderCycle для нахождения экстремумов полярной проекции, и angle_helper.LocatorDMS и angle_helper.FormatterDMS для форматирования меток делений. Следующий код демонстрирует этот процесс:

def curvelinear_test2(fig):
    ## Определяем пользовательское преобразование
    tr = Affine2D().scale(np.pi/180, 1) + PolarAxes.PolarTransform()

    ## Определяем экстремум-найтильщик, сеточный локатор и форматтер делений
    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()

    ## Создаем объект GridHelperCurveLinear
    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)

    ## Делаем метки делений правой и верхней осей видимыми
    ax1.axis["right"].major_ticklabels.set_visible(True)
    ax1.axis["top"].major_ticklabels.set_visible(True)

    ## Позволяем правой оси показывать метки делений для первой координаты (угла)
    ax1.axis["right"].get_helper().nth_coord_ticks = 0

    ## Позволяем нижней оси показывать метки делений для второй координаты (радиуса)
    ax1.axis["bottom"].get_helper().nth_coord_ticks = 1

    ## Задаем соотношение сторон и пределы подграфика
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(-5, 12)
    ax1.set_ylim(-5, 10)

    ## Добавляем сеточные линии к подграфику
    ax1.grid(True, zorder=0)

    ## Создаем примыкающую ось с заданным преобразованием
    ax2 = ax1.get_aux_axes(tr)

    ## Все, что вы рисуете в ax2, будет соответствовать делениям и сетке ax1.
    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()

Финальный код

Финальный код объединяет код из шага 1 и шага 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):
    ## Определяем пользовательское преобразование
    def tr(x, y):
        return x, y - x
    def inv_tr(x, y):
        return x, y + x

    ## Создаем объект GridHelperCurveLinear
    grid_helper = GridHelperCurveLinear((tr, inv_tr))

    ## Создаем подграфик с пользовательской сеткой и делениями
    ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, axes_class=Axes, grid_helper=grid_helper)

    ## Строим несколько точек на подграфике
    xx, yy = tr(np.array([3, 6]), np.array([5, 10]))
    ax1.plot(xx, yy)

    ## Задаем соотношение сторон и пределы подграфика
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(0, 10)
    ax1.set_ylim(0, 10)

    ## Добавляем плавающие оси и сеточные линии
    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):
    ## Определяем пользовательское преобразование
    tr = Affine2D().scale(np.pi/180, 1) + PolarAxes.PolarTransform()

    ## Определяем экстремум-найтильщик, сеточный локатор и форматтер делений
    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()

    ## Создаем объект GridHelperCurveLinear
    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)

    ## Делаем метки делений правой и верхней осей видимыми
    ax1.axis["right"].major_ticklabels.set_visible(True)
    ax1.axis["top"].major_ticklabels.set_visible(True)

    ## Позволяем правой оси показывать метки делений для первой координаты (угла)
    ax1.axis["right"].get_helper().nth_coord_ticks = 0

    ## Позволяем нижней оси показывать метки делений для второй координаты (радиуса)
    ax1.axis["bottom"].get_helper().nth_coord_ticks = 1

    ## Задаем соотношение сторон и пределы подграфика
    ax1.set_aspect(1)
    ax1.set_xlim(-5, 12)
    ax1.set_ylim(-5, 10)

    ## Добавляем сеточные линии к подграфику
    ax1.grid(True, zorder=0)

    ## Создаем примыкающую ось с заданным преобразованием
    ax2 = ax1.get_aux_axes(tr)

    ## Все, что вы рисуете в ax2, будет соответствовать делениям и сетке ax1.
    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()

Резюме

В этом практическом занятии мы научились создавать пользовательскую сетку и деления с использованием GridHelperCurveLinear. Мы также узнали, как создать полярную проекцию в прямоугольной области с использованием Affine2D, PolarAxes.PolarTransform и GridHelperCurveLinear.