Python matplotlib 绘制量场图

Python matplotlib 绘制量场图复习回顾 matplotlib 是基于Python语言的开源项目,pyplot提供一系列绘制2D图形的方法。随着版本的迭代,matplotlib 模块也支持绘制3D图形mplot3d工具包,制作动态图

Python matplotlib 绘制量场图

这是我参与11月更文挑战的第23天,活动详情查看:2021最后一次更文挑战

复习回顾

matplotlib 是基于Python语言的开源项目,pyplot提供一系列绘制2D图形的方法。随着版本的迭代,matplotlib 模块也支持绘制3D图形mplot3d工具包,制作动态图Animation类,对于动态图的制作也可以使用pyplot交互模式进行绘制,提供image类对图像进行加载、缩放及显示操作。

image.png

我们前面已经学习matplot pyplot 提供绘制折线、柱状、散点、饼、直方、图形等方法,pyplot 也提供绘制特殊的图形,常见于物理磁场图、箱型形图、提琴图等

本期,我们将学习matplotlib.pyplot.quiver()相关方法属性学习,let’s go~

1. 量场图概述

  • 什么是量场图?

    • 量场图又名振动图、量场图。使用一组矢量箭头进行表示
    • 量场图表示一个向量对应另一个向量
    • 形成场的量为向量,称为向量场
  • 量场图使用场景

    • 量场图通常使用在物理学中如电磁场表示
    • 量场图也用于地磁图绘制根据各地磁台的观测的数据进行绘制表示
    • 在物理中常用的向量场有风场、引力场、电磁场、水流场等
  • 绘制量场图方法

    import matplotlib.pyplot as plt
    
    plt.quiver()
    

2. 量场图属性

  • 设置颜色

    • 向量颜色关键字:color or facecolor
    • 当facecolor与color同时设置时,会优先facecolor
    • 取值范围
      • 表示颜色的英文单词:如红色”red”
      • 表示颜色单词的简称如:红色”r”,黄色”y”
      • RGB格式:十六进制格式如”#88c999″;(r,g,b)元组形式
      • 也可以传入颜色列表
  • 设置透明度

    • 关键字:alpha
    • 取值为0~1
  • 设置向量箭头尺寸

    • 关键字:units
    • 默认值为:width
    • 可取值有:{‘width’, ‘height’, ‘dots’, ‘inches’, ‘x’, ‘y’, ‘xy’}
      • width,height:代表轴的宽度、轴的高度
      • dots,inches: 基于图形dpi的像素或者英寸
      • x,y,xy:x,y或者(x^2+y^2)的平方根的数据
  • 设置坐标中向量箭头位置

    • 关键字:pivot
    • 默认值为:tail
    • 可以取值:{‘tail’, ‘mid’, ‘middle’, ‘tip’}
  • 设置向量箭头宽度

    • 关键字:width
    • 默认值为:0.005
    • 取值为类型为:浮点型

3. 绘制量场图步骤

我们在绘制量场图时,同样需要使用matplotlib.pyplot,因此我们来看一下绘制量场步骤

  • 导入matplotlib.pyplot类
import matplotlib.pyplot as plt
  • 使用numpy库里的arange(),random(),sin(),cos()等方法准备x,y轴数据
x = np.arange(-10,10,1)
y = np.arange(-10,10,1)
  • 调用numpy.meshgrid()方法生成二维网格坐标
u,v = np.meshgrid(x,y)
  • 调用pyplot.quiver(x,y,u,v,c)绘制量场图
plt.quiver(x,y,u,v,alpha=0.4)
参数 说明
x 一维、二维数组或者序列,表示箭头位置的x坐标
y 一维、二维数组或者序列,表示箭头位置的y坐标
u 一维、二维数组或者序列,表示箭头向量的x分量
v 一维、二维数组或者序列,表示箭头向量的y分量
c 一维、二维数组或者序列,表示箭头颜色
  • 调用pyplot.show()渲染显示图标
plt.show()

image.png

4. 小试牛刀

我们学习以上绘制量场图的方法,我们来绘制一个高中物理中场景的电磁场图

image.png

  • 调用numpy.meshgrid()方法对x,y轴数据生成二维列表
  • 调用numpy.gradient()对u,v生成梯度数据
a = np.arange(-2,2,0.2)
b = np.arange(-2,2,0.25)
x,y = np.meshgrid(a,b)
z = x*np.exp(-x**2-y**2)
v,u = np.gradient(z,0.2,0.2)

plt.quiver(x,y,u,v,color="pink",pivot="tip",units="inches")

plt.scatter(x,y,color="b",s=0.05)

plt.show()

总结

本期,我们对matplotlib.pyplot 绘制量场图方法quiver()相关属性进行学习。量场图常用在地质研究、电磁场等向量场景中。

以上是本期内容,欢迎大佬们点赞评论,下期见~

今天的文章Python matplotlib 绘制量场图分享到此就结束了,感谢您的阅读。

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