手把手教你绘制积分动图

创作背景

今天在群里看到有群有问问题，如下图所示

正好巩固一下上上一篇利用 Matplotlib 制作动图的知识，再学习一下制作动态柱状图，写下此篇以记录。
如果觉得我这篇文章写的好的话，能不能给我 点个赞 ，评论 、收藏 一条龙(☆▽☆)。如果要点个 关注 的话也不是不可以。
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知识回顾

回顾一下使用 FuncAnimation 制作曲线动图的步骤（详情请见这篇文章）：

1. 设置画布。
2. 创建列表以保存点坐标。
3. 构建更新函数。
4. 使用 FuncAnimation 启动动画。

新的知识

上一篇是 曲线绘图 ，这次要加上 柱状图 ，于是我来到了 这里 学习一波。

这个代码的思路是：记录一连串路径点的坐标 ，通过 移动到指定点 、两点间绘制直线 来绘制柱子，可以借鉴这个思路。

从代码中可得，我们要使用 matplotlib.path.Path 记录绘制矩形的路径及方法，使用 matplotlib.patches.PathPatch 将路径绘制出来，最后使用 ax.add_patch() 将其在画布上显示出来。

我的思路

1. 首先还是要导入需要的包。

   import numpy as np
   import matplotlib.path as path
   import matplotlib.pyplot as plt
   import matplotlib.patches as patches
   from matplotlib.animation import FuncAnimation
   

   其中，numpy 用来生成点数据，path 是用来生成路径，patches 通过路径绘制图像。

2. 然后还是设置一下画布，设置 x 和 y 轴的范围。

   fig, ax = plt.subplots()
   
   ax.set_xlim(0, 1.1)
   ax.set_ylim(0, 3)
   

3. 初始化曲线和数据，以保存点的坐标和路径动作。

   ln = plt.plot([], [], 'ro')
   
   codes = []
   verts = np.empty((0, 2), np.float64)
   points = np.empty((0, 2), np.float64)
   

   其中，codes 保存路径动作，verts 保存路径点坐标，points 保存曲线点坐标。

4. 设置更新函数。

   func = lambda x: x**3 + 1
   
   def update(frame):
       global points, verts, codes
       points = np.append(points, [[frame, func(frame)]], axis=0)
   
       verts = np.append(verts, [[frame, 0], [frame, func(frame)], [frame+1/50, func(frame)], [frame+1/50, 0]], axis=0)
       ln[0].set_data(list(zip(*points)))
       
       codes.extend([path.Path.MOVETO] + [path.Path.LINETO] * 3)
       
       barpath = path.Path(verts, codes)
       patch = patches.PathPatch(barpath, facecolor='blue', edgecolor='yellow', alpha=0.5)
       ax.add_patch(patch)
       
       return patch, ln[0],
   

   其中，verts 要添加 4 个点的坐标，分别是矩形的四个顶点坐标，codes 也同样添加四个动作。

   然后生成路径并显示。

5. 启动动画

   ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(0, 1, 50), repeat=False, blit=True)
   # 保存
   # ani.save('test.gif', writer='imagemagick', fps=10)
   plt.show()
   

   参数就不细讲了，详见 上一篇文章 ，如果在 jupyter 中绘制的话，记得要在代码框最前边加上 %matplotlib notebook 哦。

最后看一下效果：

看起来还不错。

封装一下

可以看到，代码是可以进行封装的，封装后的函数可以实现 绘制任一函数的积分动画 。
（当然，因为我的代码能力限制，这是简陋版，如果有大佬能修改修改，能否让我拜读一下）
代码如下：

%matplotlib notebook

import numpy as np
import matplotlib.path as path
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
from matplotlib.animation import FuncAnimation

def create_gif(func, interval=[-1, 1, -1, 1], bins=50):

    if not isinstance(interval, (list, np.array)):
        raise ValueError(f'Input data "{interval}" is invalid.')
    
    def update(frame):
        global points, verts, codes
        
        dx = (interval[1] - interval[0]) / bins
        points = np.append(points, [[frame, func(frame)]], axis=0)
        verts = np.append(verts, [[frame, 0], [frame, func(frame)], [frame+dx, func(frame)], [frame+dx, 0]], axis=0)
        ln[0].set_data(list(zip(*points)))

        codes.extend([path.Path.MOVETO] + [path.Path.LINETO] * 3)

        barpath = path.Path(verts, codes)
        patch = patches.PathPatch(barpath, facecolor='blue', edgecolor='yellow', alpha=0.5)
        ax.add_patch(patch)

        return patch, ln[0],
    
    fig, ax = plt.subplots()
    
    ax.axis(interval)
    
    global points, verts, codes
    
    codes = []
    verts = np.empty((0, 2), np.float64)
    points = np.empty((0, 2), np.float64)

    ln = plt.plot([], [], 'ro')
    
    global ani
    ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(*interval[:2], bins), repeat=False, blit=True)

    # ani.save('test.gif', writer='imagemagick', fps=10)

    plt.show()

其中：

• func 就是要绘制动图的函数。
• interval 是坐标轴范围。
• bins 是要绘制的柱子个数。

测试一下：

func = lambda x: x**3+1
create_gif(func, [0, 1.1, 0, 3])

和上图结果一样，大家也可以自行尝试。

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结尾

有想要一起学习 python 的小伙伴可以 私信我 进群哦。

以上就是我要分享的内容，因为 学识尚浅，会有不足，还 请各位大佬指正。
有什么问题也可在评论区留言。