Matplotlib 简明教程

Matplotlib - Viewlims

Viewlims 或 View limits 引用沿 x 和 y 坐标轴在一个图中显示的数据范围。Viewlims 对于交互式数据可视化非常有用，因为它们允许用户动态调整数据显示。

Matplotlib 提供了多种方法和工具，用于交互式设置和更新 viewlims，使用户能够有效地探索和分析数据。通常，视图限制会根据在 matplotlib 图中绘制的数据自动确定。

本教程将逐步实现使用 viewlims 在 Matplotlib 图中创建交互式缩放功能，以创建对应于用户交互的动态可视化。

Creating an Interactive Zoom Plot

创建一个类，在我们放大时重新生成一个分形集合（曼德尔布罗特集合是数学中一个著名的分形），从而使我们能够观察到越来越多的细节。此外，我们将在左面板中显示一个框，以显示我们缩放到的区域。

此类定义 compute_image 方法来根据提供的边界计算曼德尔布罗特集合。并且 axes_update 方法根据当前的视图限制更新图。它确保在视图限制改变时重新计算曼德尔布罗特集合并重新绘制。

class InteractiveFractal:

   def __init__(self, h=500, w=500, niter=50, radius=2., power=2):
      self.height = h
      self.width = w
      self.niter = niter
      self.radius = radius
      self.power = power

   def compute_image(self, xstart, xend, ystart, yend):
      self.x = np.linspace(xstart, xend, self.width)
      self.y = np.linspace(ystart, yend, self.height).reshape(-1, 1)
      c = self.x + 1.0j * self.y
      threshold_time = np.zeros((self.height, self.width))
      z = np.zeros(threshold_time.shape, dtype=complex)
      mask = np.ones(threshold_time.shape, dtype=bool)
      for i in range(self.niter):
         z[mask] = z[mask]**self.power + c[mask]
         mask = (np.abs(z) < self.radius)
         threshold_time += mask
      return threshold_time

   def axes_update(self, ax):
      ax.set_autoscale_on(False)

      self.width, self.height = \
         np.round(ax.patch.get_window_extent().size).astype(int)

      vl = ax.viewLim
      extent = vl.x0, vl.x1, vl.y0, vl.y1

      im = ax.images[-1]
      im.set_data(self.compute_image(*extent))
      im.set_extent(extent)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

Updating View Limits

我们创建一个类 UpdateRectangle 来创建一个矩形，它表示我们在曼德尔布罗特集中放大到的区域。此类扩展 Rectangle 类，用于在视图限制更改时更新表示缩放区域的矩形。当我们在左面板中放大时，矩形将根据坐标轴的边界更新其形状。

class UpdateRectangle(Rectangle):
   def __call__(self, ax):
      self.set_bounds(*ax.viewLim.bounds)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

Connecting Callbacks

回调连接到第二个子图 (ax2) 的 xlim_changed 和 ylim_changed 事件。这些回调在视图限制改变时触发矩形和曼德尔布罗特集合的更新。

# Connect for changing the view limits
ax2.callbacks.connect('xlim_changed', rect)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', rect)

ax2.callbacks.connect('xlim_changed', md.ax_update)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', md.ax_update)

Here is the complete code

曼德尔布罗特集合最初绘制在两个子图 (ax1 和 ax2) 中。表示缩放区域的矩形被添加到 ax1，并且回调连接到 ax2 以处理视图限制更改。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from matplotlib.patches import Rectangle

class UpdateRectangle(Rectangle):
   def __call__(self, ax):
      self.set_bounds(*ax.viewLim.bounds)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

class InteractiveFractal:

   def __init__(self, h=500, w=500, niter=50, radius=2., power=2):
      self.height = h
      self.width = w
      self.niter = niter
      self.radius = radius
      self.power = power

   def compute_image(self, xstart, xend, ystart, yend):
      self.x = np.linspace(xstart, xend, self.width)
      self.y = np.linspace(ystart, yend, self.height).reshape(-1, 1)
      c = self.x + 1.0j * self.y
      threshold_time = np.zeros((self.height, self.width))
      z = np.zeros(threshold_time.shape, dtype=complex)
      mask = np.ones(threshold_time.shape, dtype=bool)
      for i in range(self.niter):
         z[mask] = z[mask]**self.power + c[mask]
         mask = (np.abs(z) < self.radius)
         threshold_time += mask
      return threshold_time

   def axes_update(self, ax):
      ax.set_autoscale_on(False)

      self.width, self.height = \
         np.round(ax.patch.get_window_extent().size).astype(int)

      vl = ax.viewLim
      extent = vl.x0, vl.x1, vl.y0, vl.y1

      im = ax.images[-1]
      im.set_data(self.compute_image(*extent))
      im.set_extent(extent)
      ax.figure.canvas.draw_idle()

md = InteractiveFractal()
Z = md.compute_image(-2., 0.5, -1.25, 1.25)

fig1, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(7, 4))
ax1.imshow(Z, origin='lower',
   extent=(md.x.min(), md.x.max(), md.y.min(), md.y.max()))
ax2.imshow(Z, origin='lower',
   extent=(md.x.min(), md.x.max(), md.y.min(), md.y.max()))

rect = UpdateRectangle(
   [0, 0], 0, 0, facecolor='none', edgecolor='black', linewidth=1.0)
rect.set_bounds(*ax2.viewLim.bounds)
ax1.add_patch(rect)

# Connect for changing the view limits
ax2.callbacks.connect('xlim_changed', rect)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', rect)

ax2.callbacks.connect('xlim_changed', md.axes_update)
ax2.callbacks.connect('ylim_changed', md.axes_update)
ax2.set_title("Zoom here")

plt.show()

在执行上述程序后，你将获得以下输出 -

viewlims
viewlims