使用 Python Matplotlib 创建三维箭袋图

简介

在本实验中，你将学习如何使用 Python Matplotlib 创建三维箭袋图。箭袋图以箭头形式显示向量场。箭头指向向量的方向，其长度表示向量的大小。

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Skills Graph

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导入库并设置绘图

第一步是导入必要的库并设置绘图。在本示例中，我们将使用 Matplotlib 的 pyplot 模块及其 3d 工具包来创建三维绘图。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')

创建网格

接下来，我们将创建一个点的网格，在其上显示向量场。在本示例中，我们将使用 NumPy 的 meshgrid 函数创建点的网格。arange 函数用于在指定区间内创建等间距点的数组。

x, y, z = np.meshgrid(np.arange(-0.8, 1, 0.2),
                      np.arange(-0.8, 1, 0.2),
                      np.arange(-0.8, 1, 0.8))

定义箭头方向

现在我们将定义箭头的方向。在本示例中，我们将使用 NumPy 的三角函数来定义箭头的方向。sin 和 cos 函数用于创建 u、v 和 w 数组，这些数组表示箭头在 x、y 和 z 方向上的方向。

u = np.sin(np.pi * x) * np.cos(np.pi * y) * np.cos(np.pi * z)
v = -np.cos(np.pi * x) * np.sin(np.pi * y) * np.cos(np.pi * z)
w = (np.sqrt(2.0 / 3.0) * np.cos(np.pi * x) * np.cos(np.pi * y) *
     np.sin(np.pi * z))

创建箭袋图

在定义了箭头的网格和方向后，我们就可以创建箭袋图了。在本示例中，我们将使用 Matplotlib 的 quiver 函数来创建该图。length 参数设置箭头的长度，normalize 参数将箭头归一化为长度 1。

ax.quiver(x, y, z, u, v, w, length=0.1, normalize=True)

显示绘图

最后，我们将使用 Matplotlib 的 show 函数来显示绘图。

plt.show()

总结

在本实验中，你学习了如何使用 Python 的 Matplotlib 创建三维箭袋图。使用 meshgrid 函数创建了点的网格，并使用 NumPy 的三角函数定义了箭头的方向。然后使用 quiver 函数创建绘图，并使用 show 函数显示它。