除了繪制各類分析圖形（比如柱狀圖，折線圖，餅圖等等）以外，matplotlib 也可以在畫布上任意繪制各類幾何圖形。
這對于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、幾何算法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域非常重要。

matplitlib 中的 patches 類提供了豐富的幾何對象，
本篇拋磚引玉，介紹其中幾種常用的幾何圖形繪制方法。

其實(shí)matplitlib封裝的各種現(xiàn)成的圖形對象（柱狀圖，折線圖，餅圖等等）本質(zhì)也是基于 patches 來繪制的。

1. 多邊形類

多邊形可以用在地理信息圖表中，用來表示地理區(qū)域的邊界或地理要素的形狀；
也可以用來展示數(shù)據(jù)的分布區(qū)域或邊界，比如用在散點(diǎn)圖中。

幾種常用的多邊形繪制方式如下：

1.1. 矩形

繪制矩形用Rectangle對象。

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as mptch

fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)

r1 = mptch.Rectangle(xy=(0.2, 0.3), 
                     height=0.5,
                     width=0.7,
                     color="lightblue")
r2 = mptch.Rectangle(xy=(0.4, 0.6),
                     height=0.3,
                     width=0.2,
                     angle=60,
                     color="lightgreen")

ax.add_patch(r1)
ax.add_patch(r2)
plt.show()

Rectangle對象的主要參數(shù)：

1. xy：矩形的起始點(diǎn)，也就是左下角的點(diǎn)
2. height：矩形的高
3. width：矩形的寬，高和寬設(shè)置一樣就是正方形
4. angle：沿著起始點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度
5. color：矩形的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

代碼運(yùn)行效果：

1.2. 任意多邊形

任意多邊形比較簡單，給Polygon對象傳入多邊形的各個(gè)頂點(diǎn)即可。

fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)

#三角形
p1 = mptch.Polygon(xy=[(0.1, 0.1), (0.4, 0.1), (0.3, 0.6)], 
                   color='lightblue')
#四邊形
p2 = mptch.Polygon(xy=[(0.5, 0.5), (0.9, 0.5),  (0.9, 0.1), (0.6, 0.2)], 
                   color='lightgreen')
ax.add_patch(p1)
ax.add_patch(p2)

plt.show()

Polygon對象的主要參數(shù)：

1. xy：多邊形各個(gè)頂點(diǎn)的列表
2. color：多邊形的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

代碼運(yùn)行效果：

1.3. 正多邊形

雖然用Polygon對象也可以繪制正多邊形，但是需要計(jì)算各個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)位置，很麻煩。
matplotlib提供了專門繪制正多邊形的對象CirclePolygon。

fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)

p1 = mptch.CirclePolygon(xy=(0.3, 0.3), 
                         radius=0.2, 
                         resolution=6, 
                         color='lightgreen')
p2 = mptch.CirclePolygon(xy=(0.6, 0.6), 
                         radius=0.2, 
                         resolution=8, 
                         color='lightblue')
ax.add_patch(p1)
ax.add_patch(p2)

plt.show()

CirclePolygon對象的主要參數(shù)：

1. xy：正多邊形的中心點(diǎn)坐標(biāo)
2. radius：正多邊形的外接圓半徑
3. resolution：正多邊形的邊數(shù)
4. color：正多邊形的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

代碼運(yùn)行效果：

2. 圓形類

圓形類也是使用比較多的形狀。

2.1. 圓和橢圓

繪制圓和橢圓分別用Circle和Ellipse對象。

fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)

c = mptch.Circle(xy=(0.5, 0.5), 
                 radius=0.4, 
                 color="lightblue")
e = mptch.Ellipse(xy=(0.5, 0.5), 
                  height=0.3, 
                  width=0.4, 
                  color="lightgreen")

ax.add_patch(c)
ax.add_patch(e)
plt.show()

Circle對象的主要參數(shù)：

1. xy：圓心坐標(biāo)
2. radius：圓的半徑
3. color：圓的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

Ellipse對象的主要參數(shù)：

1. xy：橢圓心坐標(biāo)
2. height：橢圓的高度
3. width：橢圓的寬度
4. color：橢圓的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

**PS. **當(dāng)橢圓的height和width設(shè)置一樣時(shí)，橢圓就是圓了。

代碼運(yùn)行效果：

3. 圓弧和扇形

除了完整的圓，也可以繪制弧形（Arc對象）和扇形（Wedge對象）。

fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)

#圓弧
a = mptch.Arc(xy=(0.4, 0.7), 
              width=0.5, height=0.5, 
              angle=270, 
              theta1=0, theta2=120, 
              linewidth=10, 
              color="lightblue")

#扇形
w = mptch.Wedge(center=(0.3, 0.5), 
                r=0.2, 
                theta1=30, theta2=330, 
                color="lightgreen")

ax.add_patch(a)
ax.add_patch(w)
plt.show()

Arc對象的主要參數(shù)：

1. xy：圓弧的圓心坐標(biāo)
2. width：圓弧的寬度
3. height：圓弧的高度
4. angle：圓弧朝向的角度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
5. theta1：圓弧開始的角度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
6. theta2：圓弧結(jié)束的角度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
7. linewidth：圓弧的粗細(xì)
8. color：圓弧的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

PS. width和height相等時(shí)，圓弧相當(dāng)于是圓的一段，不相等時(shí)，圓弧相當(dāng)于是橢圓的一段。
圓弧開始的角度其實(shí)就是 angle+theta1，結(jié)束的角度是angle+theta2。

Wedge對象的主要參數(shù)：

1. xy：扇形的圓心坐標(biāo)
2. r：扇形的半徑
3. theta1：扇形開始的角度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
4. theta2：扇形結(jié)束的角度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
5. color：扇形的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

代碼運(yùn)行效果：（本來想畫個(gè)魚鉤釣魚的抽象效果的，：））

4. 箭頭

箭頭也是一種比較常用的圖形，可用來標(biāo)注和指示數(shù)據(jù)的方向或關(guān)聯(lián)性，比如增長或下降趨勢；
還可以用來表示數(shù)據(jù)流向或關(guān)系。

matplotlib中用Arrow對象來繪制箭頭。

fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)

x, y, dx, dy  = 0.1, 0.2, 0.2, 0.2
a1 = mptch.Arrow(x=x, y=y, 
                 dx=dx, dy=dy, 
                 width=0.2, color="lightblue")
a2 = mptch.Arrow(x=x+dx, y=y+dy, 
                 dx=dx, dy=dy, 
                 width=0.4, color="lightgreen")

ax.add_patch(a1)
ax.add_patch(a2)
plt.show()

Arrow對象的主要參數(shù)：

1. x：箭頭的起點(diǎn)X坐標(biāo)
2. y：箭頭的起點(diǎn)Y坐標(biāo)
3. dx：箭頭的終點(diǎn)X坐標(biāo)偏移起點(diǎn)X坐標(biāo)的值
4. dy：箭頭的終點(diǎn)Y坐標(biāo)偏移起點(diǎn)Y坐標(biāo)的值
5. width：箭頭的寬度
6. color：箭頭的顏色，默認(rèn)藍(lán)色

PS. 其實(shí)就是起點(diǎn)坐標(biāo)(x, y)，終點(diǎn)坐標(biāo)(x+dx, y+dy)。

代碼運(yùn)行效果：

5. 總結(jié)

幾何圖形是matplotlib最基本的能力，復(fù)雜花哨的分析圖表歸根結(jié)底都是這些基本的幾何圖形。

除了本篇介紹的這些，完整的patches可以參考官方文檔：https://matplotlib.org/stable/api/patches_api.html

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-712173.html

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