matplotlib极坐标方法详解

时间：2024-04-15 12:46:19

一、极坐标

在平面内取一个定点O，叫极点，引一条射线Ox，叫做极轴，再选定一个长度单位和角度的正方向（通常取逆时针方向）。对于平面内任何一点M，用ρ表示线段OM的长度（有时也用r表示），θ表示从Ox到OM的角度，ρ叫做点M的极径，θ叫做点M的极角，有序数对 (ρ,θ)就叫点M的极坐标，这样建立的坐标系叫做极坐标系。通常情况下，M的极径坐标单位为1（长度单位），极角坐标单位为rad（或°）
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二、matplotlib绘制极坐标图

1.创建极坐标图

matplotlib的pyplot子库提供了绘制极坐标图的方法，在调用subplot()创建子图时通过设置projection=\'polar\',便可创建一个极坐标子图，然后调用plot()在极坐标子图中绘图。
下面就创建一个极坐标子图和一个直角坐标子图进行对比。

import matplotlib.pyplot as plt
ax1 = plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2 = plt.subplot(122)
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

极坐标系

2.极坐标图设置

dir()命令可以得到一个对象的所有方法属性，通过比较ax1与ax2的方法属性便可知道极坐标有哪些设置方法。

>>> print(sorted(set(dir(ax1))-set(dir(ax2))))
[\'InvertedPolarTransform\', \'PolarAffine\', \'PolarTransform\', \'RadialLocator\', \'ThetaFormatter\', \'_default_rlabel_position\', \'_default_theta_direction\', \'_default_theta_offset\', \'_direction\', \'_r_label_position\', \'_theta_label1_position\', \'_theta_label2_position\', \'_theta_offset\', \'_xaxis_text1_transform\', \'_xaxis_text2_transform\', \'_yaxis_text_transform\', \'get_rlabel_position\', \'get_rmax\', \'get_rmin\', \'get_theta_direction\', \'get_theta_offset\', \'resolution\', \'set_rgrids\', \'set_rlabel_position\', \'set_rlim\', \'set_rmax\', \'set_rmin\', \'set_rscale\', \'set_rticks\', \'set_theta_direction\', \'set_theta_offset\', \'set_theta_zero_location\', \'set_thetagrids\', \'transProjection\', \'transProjectionAffine\', \'transPureProjection\']

2.1 极坐标正方向

set_theta_direction方法用于设置极坐标的正方向

  • 当set_theta_direction的参数值为1,\'counterclockwise\'或者是\'anticlockwise\'的时候，正方向为逆时针；
  • 当set_theta_direction的参数值为-1或者是\'clockwise\'的时候，正方向为顺时针；
  • 默认情况下正方向为逆时针
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_theta_direction(-1)
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.2 极坐标0°位置

set_theta_zero_location方法用于设置极坐标0°位置

  • 0°可设置在八个位置，分别为N, NW, W, SW, S, SE, E, NE
  • 当set_theta_zero_location的参数值为\'N\',\'NW\',\'W\',\'SW\',\'S\',\'SE\',\'E\',\'NE\'时，0°分别对应的位置为方位N, NW, W, SW, S, SE, E, NE；
  • 默认情况下0°位于E方位
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_theta_zero_location(\'N\')
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.3极坐标角度网格线显示

set_thetagrids方法用于设置极坐标角度网格线显示

  • 参数为所要显示网格线的角度值列表
  • 默认显示0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的网格线
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_thetagrids(np.arange(0.0, 360.0, 30.0))
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.4极坐标角度偏离

set_theta_offset方法用于设置角度偏离

  • 参数值为弧度值数值
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_theta_offset(np.pi)
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.5极坐标极径网格线显示

set_rgrids方法用于设置极径网格线显示

  • 参数值为所要显示网格线的极径值列表，最小值不能小于等于0
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_rgrids(np.arange(0.2,1.0,0.4))
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.6极坐标极径标签位置

set_rlabel_position方法用于设置极径标签显示位置

  • 参数为标签所要显示在的角度
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_rlabel_position(\'90\')
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.7极坐标极径范围

set_rlim方法用于设置显示的极径范围

  • 参数为极径最小值，最大值
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_rlim(0.6,1.2)
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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2.8极坐标极径最大值

set_rmax方法用于设置显示的极径最大值

  • 该方法要在绘制完图像后使用才有效
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.set_rmax(0.6)
plt.show()

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2.9极坐标极径最小值

set_rmin方法用于设置显示的极径最小值

  • 该方法要在绘制完图像后使用才有效
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.set_rmin(0.6)
plt.show()

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2.10 极径对数坐标

set_rscale方法用于设置极径对数坐标

  • 参数值为\'linear\',\'log\',\'symlog\'
  • 默认值为\'linear\'
  • 该方法要在绘制完图像后使用才有效
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.set_rlim(math.pow(10,-1),math.pow(10,0))
ax1.set_rscale(\'linear\')
ax2.set_rscale(\'symlog\')
plt.show()

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2.11 极坐标极径网格线显示范围

set_rticks方法用于设置极径网格线的显示范围

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection=\'polar\')
ax2= plt.subplot(122, projection=\'polar\')
ax2.set_rticks(np.arange(0.1, 0.9, 0.2))
ax1.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,\'--\',lw=2)
plt.show()

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