绘图系统五：数据产生

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• 源码地址 Python打造动态绘图系统

AxisFrame组件

AxisFrame是存放某一维坐标的组件，目前由一个标签，一个下拉选框和一个输入框构成。下拉选框主要目的是判断输入方式，目前有4个选择，分别是源代码、序列化、外部导入和无数据。

其中源代码就是通过调用eval执行的代码，这个没什么好说的。但序列化目前的实现方式，用的仍旧是类似Pyton的语法，然后在外面套一层壳，这还是得程序员才能懂。而外部导入目前只起到一个说明的作用，即外部数据导入了，然后这个地方一变，换言之，AxisFrame自身并没有导入数据的功能。

所以，这两个功能还是需要优化的，当ComboBox的选中项发生变化时，需要调整一下布局，故而initWidgets函数改成下面的形式，其中initRes则根据传入的数据获取模式来初始化其他控件。

def initWidgets(self, widths):
    tk.Label(self, text=self.label, width=widths[0]).pack(side=tk.LEFT)
    slct = ttk.Combobox(self, width=widths[1], 
        textvariable=self.mode)
    slct['value'] = self.MODES
    slct.bind('<>', self.slctChanged)
    slct.pack(side=tk.LEFT)
    self.initRes(widths[3])

源码模式

源码模式最简单，只要有一个Entry就可以，从外观上来看，不需要做任何修改，但代码需要写到另一个函数中。

代码如下，其逻辑顺序是，先实现一个srcEntry，然后调用showSrcEntry将其展示出来。

def initRes(self, width):
    self.errWidth = width
    mode = self.mode.get()
    self.srcEntry = tk.Entry(self, width=width, textvariable=self.srcText)
    if mode=="源代码":
        self.showSrcEntry()
    
def showSrcEntry(self):
    self.srcEntry.pack(padx=5, pady=2, side=tk.LEFT, fill=tk.X)

其中self.srcText是一个StringVar，是在initVar中定义的

self.srcText = tk.StringVar()

然后把readPython函数改为

def readPython(self, t=None, x=None, y=None, z=None):
    self.data = eval(self.srcText.get())
    return self.data

序列化

序列化的含义是生成一个等差数列，要有起点，有终点，还得有步长。所以最直接的创建方法，就是三个Label和三个Entry，而且这些部件需要放进一个Frame中。结合已有的源代码输入控件，initRes函数改为下列形式。

def initRes(self, width):
    self.errWidth = width
    self.srcEntry = tk.Entry(self, width=width, textvariable=self.srcText)
    
    self.arrFrame = ttk.Frame(self, width=width-5)
    for i, key in enumerate(["起点", "终点", "步长"]):
        tk.Label(self.arrFrame, text=key).grid(row=0, column=i*3)
        tk.Entry(self.arrFrame, width=int(width/6), 
            textvariable=self.arrText[i]).grid(row=0, column=i*3+1)                

    self.showRes(self.mode.get())

其中self.arrText是一个StringVar列表，定义在initVar中

self.arrText = [tk.StringVar() for _ in range(3)]

self.showRes则是显示某组部件的方法

def showRes(self, mode):
    resDct = {"源代码":self.srcEntry, "序列化":self.arrFrame}
    resDct[mode].pack(padx=5, pady=2, side=tk.LEFT, fill=tk.X)

最后效果如下

另一方面，需要更改getArray函数

def getArray(self):
    vs = [float(t.get()) for t in self.arrText]
    self.data = np.arange(*vs)
    return self.data

绘图结果如下

导入数据

由于绘图系统中全局的导入按钮已经有了导入数据的功能，所以AxisFrame的导入数据其实有两套工作逻辑：如果事先已经导入数据了，那么就应该什么也不做；如果并没有导入数据，就应该打开数据并导入。

所以，导入数据选项，至少要有两个部件，一个按钮用于打开文件，外加一个Entry或者Label，用于描述导入的内容。

其更改过程与序列化的更改如出一辙，先在initVar中添加self.imText

self.imText = tk.StringVar()

然后在initRes中添加self.imFrame，

# 导入数据设置
self.imFrame = ttk.Frame(self, width=width-5)
tk.Entry(self.imFrame, width=width-6,
    textvariable=self.imText).pack(side=tk.LEFT)
ttk.Button(self.imFrame, text="", width=3,
    command=self.btnImport).pack(side=tk.LEFT, padx=3)

最后修改showRes中的resDct字典

resDct = {"源代码":self.srcEntry, "序列化":self.arrFrame,
          "外部导入": self.imFrame}

以及slctChanged中添加

self.imFrame.pack_forget()

效果如下

获取文件信息

按钮指明了命令函数self.btnImport，其第一步一定是打开文件，打开文件需要用到文件对话框，需要导入

from tkinter.filedialog import askopenfilename

虽然对于不同文件，其后续处理方式并不相同，但是将获取到的文件名传递给输入框却十分合理，

def btnImport(self):
    f = askopenfilename(
        filetypes=[('文本文件', 'txt'), ('文本文件', 'csv'),
            ('二进制文件', 'bin')])
    self.imText.set(f)

其运行结果为

如果想对得到的文件做进一步的导入，那么可能需要额外的参数，对于文本文件来说，比如首行空格，分隔符等都是需要考虑的；而二进制数据，最起码要对读取数据的数据类型以及行列数做一个判断。

但有的时候可能又没那么多麻烦，为了应付两种需求，那么可以为按钮绑定左键和右键两种模式。按钮初始化代码更改如下

btn = ttk.Button(self.imFrame, text="", width=3)
btn.pack(side=tk.LEFT, padx=3)
btn.bind("", self.btnImportSimple)
btn.bind("", self.btnImportComplex)

这里绑定的两个函数分别响应左键单击和右键单击，具体的实现细节，将在后面的博客给出。

导入文本

由于我们设置了两种导入数据的方式，一种简单的，一种复杂的。如果用复杂的，那么就需要设计一个参数对话框，并获取相关参数；如果用简单的，那么只需沿用之前设置的参数就可以了。

这隐含着一个必选的方案，即设计几个类成员，用于存放这些参数。最好的地方当然是放在initVar函数中

def initVar(self, mode):
    self.txtPara = {}
    self.binPara = {}
    self.FILES = [('文本文件', 'txt'), ('文本文件', 'csv'),
                ('二进制文件', 'bin')]
    # ...

由于目前只对文本文件和二进制有兴趣，所以参数列表也只用了两个。

接下来先设计简单的数据导入函数

def btnImportSimple(self, evt):
    f = askopenfilename(filetypes=self.FILES)
    self.data = np.genfromtxt(f, **self.txtPara)
    self.showImData()

def showImData(self):
    tmp = self.data.reshape(-1)[:10].astype(str)
    self.imText.set(", ".join(tmp.tolist()))

其中showImData可以展示前10个数值，效果如下

复杂文本数据的导入，需要一个参数对话框，我们使用的genfromtxt的常用参数大致有下面这些

genfromtxt(fname，dtype，comments，delimiter，skipd_header，skip_fonter，converters，missing_values，filling_values，usecols，names, autostrip，**kwarg)

其中，大部分参数与loadtxt中含义相同，其他参数的含义如下。

参数	类型	含义
fname	字符串	文件名
dtype	字符串	读取后的数据类型
comments	字符串	注释标识符，加载时会自动忽略注释标识符后的字符串
delimiter	字符串	分割符，为整数时表示元素最大宽度
skip_header	数值	跳过文件头部的字符行数
skip_footer	字数值	跳过文件尾部字符串行数
missing_values	字符串	指定数组中忽略的值
filling_values	字符串	指定某个值用于替代忽略值
autostrip	布尔	为True时可自动去除变量首尾的空格
converters	字典或函数	用以转化数据格式
usecols	数值	使用的列号
encoding	字符串	编码方式

据此先设计一个翻译字典，以便于文件对话框使用

self.TXTLABEL = {
    "comments" : "注释标识",
    "delimiter" : "分割符号",
    "skip_header" : "文首跳过行数",
    "skip_footer" : "文尾舍弃行数",
    "missing_values" : "指定忽略值",
    "filling_values" : "忽略值替代为",
    "autostrip" : "去除首尾空格",
    "usecols" : " 使用的列号",
    "encoding" : "编码方式",
}

为了实现这些功能的顺利输入，可以设计一个字典参数对话框。然后就可以更改高级文本的导入代码了，考虑到这里面有一些参数是整型，所以要在得到数据之后对数据类型进行转换

def btnImportComplex(self, evt):
    f = askopenfilename(filetypes=self.FILES)
    if f.endswith('.txt'):
        self.txtImport(f)

def txtImport(self, fileName):
    dct = {v:"" for v in self.TXTLABEL.values()}
    AskDct(dct)
    for key in dct:
        if dct[key] == "":
            continue
        if key in ["skip_header", "skip_footer", "usecols"]:
            dct[key] = int(dct[key])
        self.txtPara[key] = dct[key]
    self.data = np.genfromtxt(fileName, **self.txtPara)
    self.showImData()

导入二进制数据

二进制数据和文本数据相比，没有那么多的格式要求，但最起码的数据类型和数组形状还是要声明一下的。

self.BINLABEL = ["数据类型", "行数", "列数", "选择行", "选择列"]

这里面之所以没像self.TXTLABEL那样做一个字典，是因为二进制读取函数np.fromfile只有一个数据类型参数，而行数、列数等其他数据说明参数，都需要我们自定义函数来解决。

def binImport(self, fileName):
    dct = {key:"" for key in self.BINLABEL}
    AskDct(dct)
    binPara = {} if dct["数据类型"]=="" else {"dtype":dct["数据类型"]}
    b = np.fromfile(fileName, **binPara)        
    shape = [-1,-1]
    for i,key in enumerate(["行数", "列数"]):
        if dct[key] != "":
            shape[i] = int(dct[key])
    b = b.reshape(*shape)

    if dct["选择列"] != "":
        b = b[int(dct["选择列"]), :]
    elif dct["选择行"] != "":
        b = b[:, int(dct["选择行"])]