python多线程实现绘制动态图

一、背景

• 有些情况下，我们面对实时更新的数据，希望能够在一个窗口中可视化出来，并且能够实时更新，方便我们观察数据的变化，从而进行数据分析，例如：绘制音频的波形，绘制动态曲线等，下面介绍使用matplotlib结合多线程绘制动态图，希望能帮助到有需要的朋友。
• 本人遇到的场景：最近刚好在学习人工智能中的遗传算法，并且使用该算法求解TSP，了解这个算法的朋友知道这个算法是通过不断迭代，寻找适应度大的最优解，为了了解迭代过程中适应度的变化，我希望能够实时更新迭代过程中的适应度，将其可视化出来（数据量不断增大）
• 直接上图：
  

二、步骤

1、使用matplotlib绘制动态图

• 工具：matplotlib.animation

2、创建一个线程用于更新数据

• threading

三、代码框架

# Author: 浅若清风
# Date: 2020/12/11

import threading
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import matplotlib.lines as line
import numpy as np

CHUNK = 2048  # 初始数据量
data=np.random.normal(0,1,CHUNK)  # 存放数据，用于绘制图像，数据类型可为列表

# 定义画布
fig = plt.figure()
ax = plt.subplot(111,ylim=(0,5))
line = line.Line2D([], [])  # 绘制直线

# 初始化图像
def plot_init():
    ax.add_line(line)
    return line, # 必须加逗号,否则会报错（TypeError: 'Line2D' object is not iterable）

# 更新图像(animation会不断调用此函数刷新图像，实现动态图的效果)
def plot_update(i):
    global data  # data为全局变量
    data_copy = data.copy()  # 为避免线程不同步导致获取到的data在绘制图像时被更新，这里复制数据的副本，否则绘制图像的时候可能会出现x和y的数据维度不相等的情况
    x_data=np.arange(0,data_copy.shape[0],1)  # x轴根据y轴数据自动生成（可根据需要修改）
    ax.set_xlim(0,data_copy.shape[0])  # 横坐标范围（横坐标的范围和刻度可根据数据长度更新）
    ax.set_title("title",fontsize=8)  # 设置title
    line.set_xdata(x_data)  # 更新直线的数据
    line.set_ydata(data_copy)  # 更新直线的数据
	# 大标题（若有多个子图，可为其设置大标题）
    plt.suptitle('Suptitle',fontsize=8)
    # 重新渲染子图
    ax.figure.canvas.draw()  # 必须加入这一行代码，才能更新title和坐标!!!
    return line,  # 必须加逗号,否则会报错（TypeError: 'Line2D' object is not iterable）

# 绘制动态图
ani = animation.FuncAnimation(fig,   # 画布
							  plot_update,  # 图像更新
                              init_func=plot_init,  # 图像初始化
                              frames=1,
                              interval=30,  # 图像更新间隔
                              blit=True)

# 数据更新函数
def dataUpdate_thead():
    global data
    # 为了方便理解代码，这里生成正态分布的随机数据
    while True:  # 为了方便测试，让数据不停的更新
	    data=np.random.normal(0,1,CHUNK)

# 为数据更新函数单独创建一个线程，与图像绘制的线程并发执行
ad_rdy_ev = threading.Event()
ad_rdy_ev.set()  # 设置线程运行
t = threading.Thread(target=dataUpdate_thead, args=()) # 更新数据，参数说明：target是线程需要执行的函数，args是传递给函数的参数）
t.daemon = True
t.start()  # 线程执行

plt.show() # 显示图像(0,1,CHUNK)

# 为数据更新函数单独创建一个线程，与图像绘制的线程并发执行
ad_rdy_ev = threading.Event()
ad_rdy_ev.set()  # 设置线程运行
t = threading.Thread(target=dataUpdate_thead, args=()) # 更新数据，参数说明：target是线程需要执行的函数，args是传递给函数的参数）
t.daemon = True
t.start()  # 线程执行

plt.show() # 显示图像

• 效果：