【matplotlib基础】--几何图形

追求幸福生活

除了绘制各类分析图形（比如柱状图，折线图，饼图等等）以外，matplotlib 也可以在画布上任意绘制各类几何图形。
这对于计算机图形学、几何算法和计算机辅助设计等领域非常重要。
matplitlib 中的 patches 类提供了丰富的几何对象，
本篇抛砖引玉，介绍其中几种常用的几何图形绘制方法。
其实matplitlib封装的各种现成的图形对象（柱状图，折线图，饼图等等）本质也是基于 patches 来绘制的。
1. 多边形类

多边形可以用在地理信息图表中，用来表示地理区域的边界或地理要素的形状；
也可以用来展示数据的分布区域或边界，比如用在散点图中。
几种常用的多边形绘制方式如下：
1.1. 矩形

绘制矩形用Rectangle对象。

1. import matplotlib.pyplot as plt
2. import matplotlib.patches as mptch
4. fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
5. ax = fig.add_subplot(111)
7. r1 = mptch.Rectangle(xy=(0.2, 0.3),
8.                      height=0.5,
9.                      width=0.7,
10.                      color="lightblue")
11. r2 = mptch.Rectangle(xy=(0.4, 0.6),
12.                      height=0.3,
13.                      width=0.2,
14.                      angle=60,
15.                      color="lightgreen")
17. ax.add_patch(r1)
18. ax.add_patch(r2)
19. plt.show()

复制代码

Rectangle对象的主要参数：

• xy：矩形的起始点，也就是左下角的点
  
• height：矩形的高
  
• width：矩形的宽，高和宽设置一样就是正方形
  
• angle：沿着起始点，逆时针旋转的角度
  
• color：矩形的颜色，默认蓝色
  

代码运行效果：

1.2. 任意多边形

任意多边形比较简单，给Polygon对象传入多边形的各个顶点即可。

1. fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
2. ax = fig.add_subplot(111)
4. #三角形
5. p1 = mptch.Polygon(xy=[(0.1, 0.1), (0.4, 0.1), (0.3, 0.6)],
6.                    color='lightblue')
7. #四边形
8. p2 = mptch.Polygon(xy=[(0.5, 0.5), (0.9, 0.5),  (0.9, 0.1), (0.6, 0.2)],
9.                    color='lightgreen')
10. ax.add_patch(p1)
11. ax.add_patch(p2)
13. plt.show()

复制代码

Polygon对象的主要参数：

• xy：多边形各个顶点的列表
  
• color：多边形的颜色，默认蓝色
  

代码运行效果：

1.3. 正多边形

虽然用Polygon对象也可以绘制正多边形，但是需要计算各个顶点的坐标位置，很麻烦。
matplotlib提供了专门绘制正多边形的对象CirclePolygon。

1. fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
2. ax = fig.add_subplot(111)
4. p1 = mptch.CirclePolygon(xy=(0.3, 0.3),
5.                          radius=0.2,
6.                          resolution=6,
7.                          color='lightgreen')
8. p2 = mptch.CirclePolygon(xy=(0.6, 0.6),
9.                          radius=0.2,
10.                          resolution=8,
11.                          color='lightblue')
12. ax.add_patch(p1)
13. ax.add_patch(p2)
15. plt.show()

复制代码

CirclePolygon对象的主要参数：

• xy：正多边形的中心点坐标
  
• radius：正多边形的外接圆半径
  
• resolution：正多边形的边数
  
• color：正多边形的颜色，默认蓝色
  

代码运行效果：

2. 圆形类

圆形类也是使用比较多的形状。
2.1. 圆和椭圆

绘制圆和椭圆分别用Circle和Ellipse对象。

1. fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
2. ax = fig.add_subplot(111)
4. c = mptch.Circle(xy=(0.5, 0.5),
5.                  radius=0.4,
6.                  color="lightblue")
7. e = mptch.Ellipse(xy=(0.5, 0.5),
8.                   height=0.3,
9.                   width=0.4,
10.                   color="lightgreen")
12. ax.add_patch(c)
13. ax.add_patch(e)
14. plt.show()

复制代码

Circle对象的主要参数：

• xy：圆心坐标
  
• radius：圆的半径
  
• color：圆的颜色，默认蓝色
  

Ellipse对象的主要参数：

• xy：椭圆心坐标
  
• height：椭圆的高度
  
• width：椭圆的宽度
  
• color：椭圆的颜色，默认蓝色
  

**PS. **当椭圆的height和width设置一样时，椭圆就是圆了。
代码运行效果：

3. 圆弧和扇形

除了完整的圆，也可以绘制弧形（Arc对象）和扇形（Wedge对象）。

1. fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
2. ax = fig.add_subplot(111)
4. #圆弧
5. a = mptch.Arc(xy=(0.4, 0.7),
6.               width=0.5, height=0.5,
7.               angle=270,
8.               theta1=0, theta2=120,
9.               linewidth=10,
10.               color="lightblue")
12. #扇形
13. w = mptch.Wedge(center=(0.3, 0.5),
14.                 r=0.2,
15.                 theta1=30, theta2=330,
16.                 color="lightgreen")
18. ax.add_patch(a)
19. ax.add_patch(w)
20. plt.show()

复制代码

Arc对象的主要参数：

• xy：圆弧的圆心坐标
  
• width：圆弧的宽度
  
• height：圆弧的高度
  
• angle：圆弧朝向的角度，逆时针旋转
  
• theta1：圆弧开始的角度，逆时针旋转
  
• theta2：圆弧结束的角度，逆时针旋转
  
• linewidth：圆弧的粗细
  
• color：圆弧的颜色，默认蓝色
  

PS. width和height相等时，圆弧相当于是圆的一段，不相等时，圆弧相当于是椭圆的一段。
圆弧开始的角度其实就是 angle+theta1，结束的角度是angle+theta2。
Wedge对象的主要参数：

• xy：扇形的圆心坐标
  
• r：扇形的半径
  
• theta1：扇形开始的角度，逆时针旋转
  
• theta2：扇形结束的角度，逆时针旋转
  
• color：扇形的颜色，默认蓝色
  

代码运行效果：（本来想画个鱼钩钓鱼的抽象效果的，：））

4. 箭头

箭头也是一种比较常用的图形，可用来标注和指示数据的方向或关联性，比如增长或下降趋势；
还可以用来表示数据流向或关系。
matplotlib中用Arrow对象来绘制箭头。

1. fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
2. ax = fig.add_subplot(111)
4. x, y, dx, dy  = 0.1, 0.2, 0.2, 0.2
5. a1 = mptch.Arrow(x=x, y=y,
6.                  dx=dx, dy=dy,
7.                  width=0.2, color="lightblue")
8. a2 = mptch.Arrow(x=x+dx, y=y+dy,
9.                  dx=dx, dy=dy,
10.                  width=0.4, color="lightgreen")
12. ax.add_patch(a1)
13. ax.add_patch(a2)
14. plt.show()

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Arrow对象的主要参数：

• x：箭头的起点X坐标
  
• y：箭头的起点Y坐标
  
• dx：箭头的终点X坐标偏移起点X坐标的值
  
• dy：箭头的终点Y坐标偏移起点Y坐标的值
  
• width：箭头的宽度
  
• color：箭头的颜色，默认蓝色
  

PS. 其实就是起点坐标(x, y)，终点坐标(x+dx, y+dy)。
代码运行效果：

5. 总结

几何图形是matplotlib最基本的能力，复杂花哨的分析图表归根结底都是这些基本的几何图形。
除了本篇介绍的这些，完整的patches可以参考官方文档：https://matplotlib.org/stable/api/patches_api.html

来源:https://www.cnblogs.com/wang_yb/p/17713982.html
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