python动态图的绘制和保存

前言

这段时间要做一个涉及排队论的数学建模，需要动态绘图。建好了模，却没想到在原以为简单的绘图上耗费了我大量时间。原因在于用python作动态绘图的参考资料过于琐碎。因此在我费了九牛二虎之力终于实现动态图的绘制并保存为gif动画后，我决定写下这篇博文，给这段时间踩过的一个个坑立个碑，也为后来者们提个醒

一. 动态图示例

衰减振荡曲线

正弦波

更多例子请看官方文档

1. 官方举例：贝叶斯曲线
2. 官方文档 进入后下拉查看example

二. 在pycharm上呈现动态图

python中有两种图像呈现方式：

1. 控制台绘图：方便保存输出记录（如将IPython 终端输出转换成 Html 文件），但无法动态绘图（大大的缺点）。
2. 弹出窗绘图：可以交互式的放大、拖动图片，可进行动态绘图，并且能将图片保存成不同的格式。

而pycharm默认的呈现方式是控制台绘图，因此需要作一下设置

呈现效果如下图所示

三. 动态图的绘制

动态绘图的本质就是，反复的调用一个函数或执行一串代码，每次执行就生成一幅图，覆盖掉之前的图像，呈现“动态”效果

方法一：调用matplotlib中库

from matplotlib.animation import FuncAnimation

用该函数创建一个类：

ani = animation.FuncAnimation(fig, func, frames=None, init_func=None, fargs=None, save_count=None, *, cache_frame_data=True, **kwargs)
#然后直接plt.show()就可以
plt.show()                              

主要参数解释
fig：窗口画布，用 fig, ax = plt.subplots() 生成
func：要反复调用的函数（至少要传入一个参数），用该函数生成、更改图像
frames:向要调用的函数传递的参数（默认依次传入0,1,2,3…）
init_func：用于给定图像初始信息的函数
更多信息请参考官方文档，里面对参数含义的说明要详细的多

例子：正弦曲线绘制

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

fig, ax = plt.subplots()

x = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
line, = ax.plot(x, np.sin(x))

#定义init_func,给定初始信息
def init():  # only required for blitting to give a clean slate.
    line.set_ydata([np.nan] * len(x))
    return line,

#定义func,用来反复调用的函数
def animate(i):
    line.set_ydata(np.sin(x + i / 100))  # 跟随自变量的增加更新y值
    return line,


ani = animation.FuncAnimation(
    fig, animate, init_func=init, interval=2, blit=True, save_count=50)
plt.show()

更多信息请看官方文档：官方文档：matplotlib.animation.FuncAnimation

方法二：使用for循环

请参考下面这篇文章，可以仿照它用for循环实现动态绘制
Python使用matplotlib画动态图
for循环实现动态绘制的缺点：不容易用python代码保存为gif等格式

四. 动态图的保存

1. 保存为html格式

保存为HTML格式，是不需要安装额外软件的
导入模块加上这一条：

from matplotlib.animation import HTMLWriter

最后加上这一条：

mywriter = HTMLWriter(fps=60)
ani.save('myAnimation.html',writer=mywriter)

2. 保存为gif格式

保存为gif格式，需要下载一个imagemagick软件，找了我好久才找到软件来源imagemagick

下载的是dll，下载到任何文件夹下应该都可以。我安装在了python安装程序文件夹下。

代码部分相当简单，只需要在最后加一条：

ani.save('decay.gif',writer='imagemagick',fps=30)

3. 保存为MP4格式

3.1 用imagemagick保存

如果下了imagemagick，里面自带了ffmpeg的dll，那么也只需要在最后加一条：

ani.save('decay.gif',writer='ffmpeg',fps=30)

3.2 用python库保存

如果不像下imagemagick，可以这么做：

from matplotlib.animation import FFMpegWriter

并在最后加上：

mywriter = FFMpegWriter(fps=60)
ani.save('myAnimation.MP4',writer=mywriter)

五. 总结

python动态图绘制+保存整整弄了我4个半天（加上写这篇博文共5个），资料从国内网站找到国外。没有这方面系统的教程恰恰说明了python并不擅长做这个也不常用来做这个。其实相比起python，MATLAB在动态绘图上简直不知道方便了多少倍，因此如果可以的话，还是用MATLAB做动态绘图吧