画直线不简单!python-matplotlib告诉你为什么

1 说明：

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1.1 python的matplotlib画直线，看似简单，其实很难，从简单到复杂，逐步深入，小白秒懂。

1.2 内容：画直线，画圆，画圆点，动画的单摆和圆套圆，好东西在后面，值得收藏。

1.3 环境：

python3.8+matplotlib3.2.0

2 静态画直线：

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2.1 line-1.py

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-3,3,100)
y = 2*x

plt.plot(x, y, '-r', label='y=2x')

plt.show()

2.2 图1

2.2 line2.py

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

#坐标点为0,0
x = np.linspace(0,3,100)
y = x

plt.plot(x, y, '-r', label='y=x')

#显示x和y坐标轴刻度起点和终点
plt.xlim(-4, 4)
plt.ylim(-4, 4)

plt.show()

2.3 图2：

2.4 复杂一些，加入画圆、画直线和画圆点，代码如下：

#第1步：导入模块
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

#第2步：画圆
#定义圆的半径
r=3.0
#角度
theta = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
#圆的圆弧线的x和y坐标
x =  r * np.cos(theta)
y =  r * np.sin(theta)
#画圆的圆弧线，因为直线很小，所以就是圆的圆弧看起来很平滑
plt.plot(x, y)

#第3步：画直线
#画直线的坐标点为0,0
x1 = np.linspace(0,3,100)
y1 = x1

#画直线
plt.plot(x1, y1, '-r')

#补充：画原点==圆点
plt.scatter(0, 0, marker="o",c='r')

#第4步：相关设置
#显示x和y坐标轴刻度起点和终点
plt.xlim(-4, 4)
plt.ylim(-4, 4)
plt.title('Graph of circle、line & scatter')
plt.grid()
plt.axis('equal')
plt.show()

2.5 图3：

3 动态直线：

========

3.1 圆和单摆，代码：

#第1步：导入模块
import numpy as np
from scipy.integrate import odeint
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

#第2步：初始化画布和ax定义
#注意动画需要这个，静态图片可以省略，采用默认
fig, ax = plt.subplots()
ax.grid() #显示网格

#第3步：画圆
#定义圆的半径
r=3.0
#角度
theta = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
#圆的圆弧线的x和y坐标
x =  r * np.cos(theta)
y =  r * np.sin(theta)
#画圆的圆弧线
plt.plot(x, y)

#第4步：单摆设置
g = 9.8  #重力
 
#无阻力函数定义
def pendulumno(w, t, l):
    th, v = w
    dth = v
    dv  = - g/l * np.sin(th)
    return dth, dv
 
#20==20秒
t = np.arange(0, 20, 0.1)
#调用scipy的一个函数odeint
track = odeint(pendulumno, (1.0, 0), t, args=(r,))

xdata = [r*np.sin(track[i, 0]) for i in range(len(track))]
ydata = [-r*np.cos(track[i, 0]) for i in range(len(track))]

#画单摆线
line, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2)

#初始化函数
def init():
    ax.set_xlim(-4, 4)
    ax.set_ylim(-4, 4)

    return line,

#刷新函数
def update(i):
    #提示0,0为直线的圆点坐标是不变的
    newx = [0, xdata[i]]
    newy = [0, ydata[i]]
    line.set_data(newx, newy)

    return line,

#第5步：相关设置
plt.title('Graph of circle & pendulumno')
plt.axis('equal')

ani = animation.FuncAnimation(fig, update, range(1, len(xdata)), init_func=init, interval=50)
plt.show()

3.2 效果图：

4 圆和可转动的半径：

===============

4.1 代码：

#第1步：导入模块
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

#第2步：初始化画布和ax定义
#注意动画需要这个，静态图片可以省略，采用默认
fig, ax = plt.subplots()
ax.grid() #显示网格

#第3步：画圆
#定义圆的半径
r=3.0
#角度
theta = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
#圆的圆弧线的x和y坐标
x =  r * np.cos(theta)
y =  r * np.sin(theta)
#画圆的圆弧线
plt.plot(x, y)

#第4步：单摆设置
#半径直线数据
xdata = [r*np.sin(theta[i]) for i in range(len(theta))]
ydata =  [r*np.cos(theta[i]) for i in range(len(theta))]

#画半径直线
line, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2)

#初始化函数
def init():
    ax.set_xlim(-4, 4)
    ax.set_ylim(-4, 4)
    return line,

#刷新函数
def update(i):
    #提示0,0为直线的圆点坐标是不变的
    newx = [0, xdata[i]]
    newy = [0, ydata[i]]
    line.set_data(newx, newy)
    return line,

#第5步：相关设置
plt.title('Graph of circle & radius')
plt.axis('equal')
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, range(1, len(xdata)), init_func=init, interval=10)
plt.show()

4.2 效果图：

===再复杂一些===

5 加入sin和cos：

============

5.1 代码：

#第1步：导入模块
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

#第2步：初始化画布和ax定义
#注意动画需要这个，静态图片可以省略，采用默认
fig, ax = plt.subplots()
ax.grid() #显示网格

#第3步：画圆
#定义圆的半径
r=3.0
#角度
theta = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
#圆的圆弧线的x和y坐标
#水平向左移动4个单位
x =  -4+r * np.cos(theta)
y =  r * np.sin(theta)
#画圆的圆弧线
plt.plot(x, y)

#第4步：画线设置
#半径直线数据
xdata = [-4+r*np.sin(theta[i]) for i in range(len(theta))]
ydata =  [r*np.cos(theta[i]) for i in range(len(theta))]

#画半径直线
line, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2)
#sin波动线
linesin, = ax.plot([], [], lw=2)
#cos波动线
linecos, = ax.plot([], [], lw=2)

#初始化函数
def init():
    ax.set_xlim(-4, 4)
    ax.set_ylim(-4, 4)
    #sin和cos线
    linesin.set_data([], [])
    linecos.set_data([], [])
    return line,linesin,linecos, 

#刷新函数
def update(i):
    #提示0,0为直线的圆点坐标是不变的
    newx = [-4, xdata[i]]
    newy = [0, ydata[i]]
    line.set_data(newx, newy)
    
    #+1就是水平向右移动1个单位
    sinx = 1+np.linspace(0, 4, 1000)
    siny = 2+np.sin(2 * np.pi * (sinx - 0.01 * i))
    linesin.set_data(sinx, siny)

    #+1就是水平向右移动1个单位
    cosx = 1+np.linspace(0, 4, 1000)
    cosy = -2+np.cos(2 * np.pi * (cosx - 0.01 * i))
    linecos.set_data(cosx, cosy)

    return line,linesin,linecos,

#第5步：相关设置
plt.title('Graph of circle、radius、sin & cos')
plt.axis('equal')
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, range(1, len(xdata)), init_func=init, interval=10)
plt.show()

5.2 效果图：

6 再复杂些：

========

6.1 代码：

#第1步：导入模块
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

#第2步：初始化画布和ax定义
#注意动画需要这个，静态图片可以省略，采用默认
fig, ax = plt.subplots()
ax.grid() #显示网格

#第3步：画圆
#定义圆的半径
r=3.0
#角度,0.01越小，速度越慢
theta = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
#圆的圆弧线的x和y坐标
#水平向左移动4个单位
x =  -4+r * np.cos(theta)
y =  r * np.sin(theta)
#画圆的圆弧线
plt.plot(x, y)

#第4步：直线设置
#半径直线数据
xdata = [-4+r*np.sin(theta[i]) for i in range(len(theta))]
ydata =  [r*np.cos(theta[i]) for i in range(len(theta))]

#画半径直线
line, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2)

#sin波动线
linesin, = ax.plot([], [], lw=2,label='sin')
#cos波动线
linecos, = ax.plot([], [], lw=2,label='cos')

#连接sin和cos的线
linesinl, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2,label='sinline')
linecosl, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2,label='cosline')

#水平线==lineshui==xs和ys
xs = np.linspace(-6,6,100)
ys =[0]*len(xs)
plt.plot(xs, ys, '-b', label='lineshui')

#垂直线==linechui==xc和yc
yc = np.linspace(-4,4,100)
xc =[0]*len(yc)
plt.plot(xc, yc, '-y', label='linechui')

#初始化函数
def init():
    ax.set_xlim(-4, 4)
    ax.set_ylim(-4, 4)
    #sin和cos的动态波动线
    linesin.set_data([], [])
    linecos.set_data([], [])
    #sin和cos的连接线
    linesinl.set_data([], [])
    linecosl.set_data([], [])

    return line,linesin,linecos, linesinl,linecosl,

#刷新函数
def update(i):
    #提示-4,0为直线的圆点坐标是不变的
    newx = [-4, xdata[i]]
    newy = [0, ydata[i]]
    #圆的半径直线
    line.set_data(newx, newy)
    
    #+1就是水平向右移动1个单位
    sinx = 1+np.linspace(0, 4, 1000)
    siny = 2+np.sin(2 * np.pi * (sinx - 0.01 * i))
    #sin波动线
    linesin.set_data(sinx, siny)

    #+1就是水平向右移动1个单位
    cosx = 1+np.linspace(0, 4, 1000)
    cosy = -2+np.cos(2 * np.pi * (cosx - 0.01 * i))
    #cos波动线
    linecos.set_data(cosx, cosy)
    
    newxsinl=[1,xdata[i]]
    newysinl=[siny[i],ydata[i]]
    #sin连接线，bug
    linesinl.set_data(newxsinl,newysinl)

    newxcosl=[1,xdata[i]]
    newycosl=[cosy[i],ydata[i]]
    #cos连接线，bug
    linecosl.set_data(newxcosl,newycosl)

    return line,linesin,linecos,linesinl,linecosl,

#第5步：相关设置
plt.title('Graph of circle、radius、sin & cos')
plt.axis('equal')
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, range(1, len(xdata)), init_func=init, interval=10)
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()

6.2 效果图：