我需要逐步以可视化的方式执行一些数值计算算法，如下图所示：(gif)
我该如何使用matplotlib制作这种动画呢？是否有一种方式来直观地展示这些转换？例如矩阵的变换、求和、转置、循环使用并展示转换等方法。我的目的不是使用图形而是相同的矩阵表示，这样可以方便理解算法。
如何在matplotlib中绘制动态矩阵
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- mrlucasrib
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根据我的经验，matplotlib不是最适合创建表格的工具。它只提供了一个表格选项来放置（大多数是分类的）x轴（例如用于显示条形图的详细数据），有时会被滥用于一般表格的创建，但我不建议在演示/教学等方面使用。我不太清楚“我的目标不是使用图形而是相同的矩阵表示”的含义，请您澄清一下您想要得到的内容是什么？ - SpghttCd
2个回答
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由于矩阵可以很容易地用imshow画出，因此可以使用imshow绘制这样的表格，并根据当前动画步骤调整数据。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.ticker as mticker
import matplotlib.animation
#####################
# Array preparation
#####################
#input array
a = np.random.randint(50,150, size=(5,5))
# kernel
kernel = np.array([[ 0,-1, 0], [-1, 5,-1], [ 0,-1, 0]])
# visualization array (2 bigger in each direction)
va = np.zeros((a.shape[0]+2, a.shape[1]+2), dtype=int)
va[1:-1,1:-1] = a
#output array
res = np.zeros_like(a)
#colorarray
va_color = np.zeros((a.shape[0]+2, a.shape[1]+2))
va_color[1:-1,1:-1] = 0.5
#####################
# Create inital plot
#####################
fig = plt.figure(figsize=(8,4))
def add_axes_inches(fig, rect):
w,h = fig.get_size_inches()
return fig.add_axes([rect[0]/w, rect[1]/h, rect[2]/w, rect[3]/h])
axwidth = 3.
cellsize = axwidth/va.shape[1]
axheight = cellsize*va.shape[0]
ax_va = add_axes_inches(fig, [cellsize, cellsize, axwidth, axheight])
ax_kernel = add_axes_inches(fig, [cellsize*2+axwidth,
(2+res.shape[0])*cellsize-kernel.shape[0]*cellsize,
kernel.shape[1]*cellsize,
kernel.shape[0]*cellsize])
ax_res = add_axes_inches(fig, [cellsize*3+axwidth+kernel.shape[1]*cellsize,
2*cellsize,
res.shape[1]*cellsize,
res.shape[0]*cellsize])
ax_kernel.set_title("Kernel", size=12)
im_va = ax_va.imshow(va_color, vmin=0., vmax=1.3, cmap="Blues")
for i in range(va.shape[0]):
for j in range(va.shape[1]):
ax_va.text(j,i, va[i,j], va="center", ha="center")
ax_kernel.imshow(np.zeros_like(kernel), vmin=-1, vmax=1, cmap="Pastel1")
for i in range(kernel.shape[0]):
for j in range(kernel.shape[1]):
ax_kernel.text(j,i, kernel[i,j], va="center", ha="center")
im_res = ax_res.imshow(res, vmin=0, vmax=1.3, cmap="Greens")
res_texts = []
for i in range(res.shape[0]):
row = []
for j in range(res.shape[1]):
row.append(ax_res.text(j,i, "", va="center", ha="center"))
res_texts.append(row)
for ax in [ax_va, ax_kernel, ax_res]:
ax.tick_params(left=False, bottom=False, labelleft=False, labelbottom=False)
ax.yaxis.set_major_locator(mticker.IndexLocator(1,0))
ax.xaxis.set_major_locator(mticker.IndexLocator(1,0))
ax.grid(color="k")
###############
# Animation
###############
def init():
for row in res_texts:
for text in row:
text.set_text("")
def animate(ij):
i,j=ij
o = kernel.shape[1]//2
# calculate result
res_ij = (kernel*va[1+i-o:1+i+o+1, 1+j-o:1+j+o+1]).sum()
res_texts[i][j].set_text(res_ij)
# make colors
c = va_color.copy()
c[1+i-o:1+i+o+1, 1+j-o:1+j+o+1] = 1.
im_va.set_array(c)
r = res.copy()
r[i,j] = 1
im_res.set_array(r)
i,j = np.indices(res.shape)
ani = matplotlib.animation.FuncAnimation(fig, animate, init_func=init,
frames=zip(i.flat, j.flat), interval=400)
ani.save("algo.gif", writer="imagemagick")
plt.show()
- ImportanceOfBeingErnest
0
这个例子在Jupyter笔记本中内联设置动画。我想可能也有一种方法可以导出为gif，但我到目前为止还没有研究过。
无论如何，首先要做的是设置表格。我从将Pandas数据框导出为表格图像中大量借鉴了render_mpl_table代码。
这个问题的（改编）版本是：
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import animation
from IPython.display import HTML
import six
width = 8
data = pd.DataFrame([[0]*width,
[0, *np.random.randint(95,105,size=width-2), 0],
[0, *np.random.randint(95,105,size=width-2), 0],
[0, *np.random.randint(95,105,size=width-2), 0]])
def render_mpl_table(data, col_width=3.0, row_height=0.625, font_size=14,
row_color="w", edge_color="black", bbox=[0, 0, 1, 1],
ax=None, col_labels=data.columns,
highlight_color="mediumpurple",
highlights=[], **kwargs):
if ax is None:
size = (np.array(data.shape[::-1]) + np.array([0, 1])) *
np.array([col_width, row_height])
fig, ax = plt.subplots(figsize=size)
ax.axis('off')
mpl_table = ax.table(cellText=data.values, bbox=bbox, colLabels=col_labels,
**kwargs)
mpl_table.auto_set_font_size(False)
mpl_table.set_fontsize(font_size)
for k, cell in six.iteritems(mpl_table._cells):
cell.set_edgecolor(edge_color)
if k in highlights:
cell.set_facecolor(highlight_color)
elif data.iat[k] > 0:
cell.set_facecolor("lightblue")
else:
cell.set_facecolor(row_color)
return fig, ax, mpl_table
fig, ax, mpl_table = render_mpl_table(data, col_width=2.0, col_labels=None,
highlights=[(0,2),(0,3),(1,2),(1,3)])
在这种情况下，需要用一个元组数组来指定行和列，以确定需要用不同颜色突出显示的单元格。
为了进行动画效果，我们需要设置一个函数，以不同的高亮方式绘制表格：
def update_table(i, *args, **kwargs):
r = i//(width-1)
c = i%(width-1)
highlights=[(r,c),(r,c+1),(r+1,c),(r+1,c+1)]
for k, cell in six.iteritems(mpl_table._cells):
cell.set_edgecolor("black")
if k in highlights:
cell.set_facecolor("mediumpurple")
elif data.iat[k] > 0:
cell.set_facecolor("lightblue")
else:
cell.set_facecolor("white")
return (mpl_table,)
这将强制更新表格中所有单元格的颜色。 highlights 数组是基于当前帧计算的。在此示例中，表格的宽度和高度有点硬编码，但根据输入数据的形状进行更改不应该很难。
我们根据现有 fig 和 update 函数创建动画：
a = animation.FuncAnimation(fig, update_table, (width-1)*3,
interval=750, blit=True)
最后，我们在笔记本中内联显示它：
HTML(a.to_jshtml())
我在Github的笔记本上整理了这个内容，您可以访问链接https://github.com/gurudave/so_examples/blob/master/mpl_animation.ipynb查看。
希望这足以让您走上正确的方向！
- Seabass
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原文链接
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