使用 matplotlib 使用颜色条动画散点图

Question

我花了很多时间尝试动画散点图，其中标记的颜色由数字定义。

以下是我的尝试，虽然效果不错，但并没有按计划进行：

• 在每个动画步骤之后，应该删除旧点。相反，新点只是简单地添加到图上已有的点中。
• 还应根据值在每一步更新颜色条（就像时间文本一样）。

但是，无论我做什么，都会生成一张空白图表。当涉及到动画散布时，这真的是我可以用 python 做的最好的吗？

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import numpy as np

time_steps = 50
N_nodes = 100

positions = []
solutions = []
for i in range(time_steps):
    positions.append(np.random.rand(2, N_nodes))
    solutions.append(np.random.random(N_nodes))

fig = plt.figure()
marker_size = 1
ax = fig.add_subplot(111, aspect='equal', autoscale_on=False, xlim=(0, 1), ylim=(0, 1))
time_text = ax.text(0.02, 0.95, '', transform=ax.transAxes)

def init():
    """ Initialize animation. """
    scat = ax.scatter(positions[0][0], positions[0][1], s = marker_size, c = solutions[0], cmap = "RdBu_r", marker = ".", edgecolor = None)
    fig.colorbar(scat)
    time_text.set_text('Time step = %d' % 0)

    return scat, time_text

def animate(i):
    """ Perform animation step. """
    scat = ax.scatter(positions[i][0], positions[i][1], s = marker_size, c = solutions[i], cmap = "RdBu_r", marker = ".", edgecolor = None)
    time_text.set_text('Time step = %d' % i)

    return scat, time_text

plt.xlabel('x [m]')
plt.ylabel('y [m]')
plt.grid(b=None)
plt.show()
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, interval=100, blit=True, repeat=True, init_func=init)

ani.save('animation.gif', writer='imagemagick', fps = 8)

Answer 1

我不确定您是否在帖子中指出了这一点，但我无法让您的代码按原样运行。但是，我认为主要问题与您提到的第一点有关：“在每个动画步骤之后，应删除旧点。”在绘制动画时确实需要明确这一点。目前，您的代码正在为相同的Axes 重复创建scatter。就像您要在动画之外执行此操作一样，这将导致多组数据相互重叠。

我见过人们这样做的两种主要方式：要么使用一些set_... 绘图方法来更新数据（见here for scatter plots 或here in general）或 strong> 每次迭代清除Axes 或Figure 以绘制新数据。我发现后者更容易/更普遍（如果更懒惰）。这是您的示例的一种方法（我已编辑此代码以删除对 plt.grid 和 plt.label 的调用，因为它们不起作用）：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import numpy as np

time_steps = 50
N_nodes = 100

positions = []
solutions = []
for i in range(time_steps):
    positions.append(np.random.rand(2, N_nodes))
    solutions.append(np.random.random(N_nodes))

fig, ax = plt.subplots()
marker_size = 5 #upped this to make points more visible

def animate(i):
    """ Perform animation step. """
    #important - the figure is cleared and new axes are added
    fig.clear()
    ax = fig.add_subplot(111, aspect='equal', autoscale_on=False, xlim=(0, 1), ylim=(0, 1))
    #the new axes must be re-formatted
    ax.set_xlim(0,1)
    ax.set_ylim(0,1)
    ax.grid(b=None)
    ax.set_xlabel('x [m]')
    ax.set_ylabel('y [m]')
    # and the elements for this frame are added
    ax.text(0.02, 0.95, 'Time step = %d' % i, transform=ax.transAxes)
    s = ax.scatter(positions[i][0], positions[i][1], s = marker_size, c = solutions[i], cmap = "RdBu_r", marker = ".", edgecolor = None)
    fig.colorbar(s)

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, interval=100, frames=range(time_steps))

ani.save('animation.gif', writer='pillow')

制作以下 GIF：

这里，我使用fig.clear()清除每一帧的colorbar；否则，其中许多将被绘制。这意味着您每次都必须重新添加Axes 和格式。其他情况，使用ax.clear()就可以了，省去了add_subplot的步骤。

不过，在here 之后，还有另一种方法可以做到这一点。如果您有颜色条Axes 的句柄，则可以清除它们（而不是清除整个Figure），类似于散点图轴：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import numpy as np

time_steps = 50
N_nodes = 100

positions = []
solutions = []
for i in range(time_steps):
    positions.append(np.random.rand(2, N_nodes))
    solutions.append(np.random.random(N_nodes))

# init the figure, so the colorbar can be initially placed somewhere
marker_size = 5
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, aspect='equal', autoscale_on=False, xlim=(0, 1), ylim=(0, 1))
s = ax.scatter(positions[0][0], positions[0][1], s = marker_size, c = solutions[0], cmap = "RdBu_r", marker = ".", edgecolor = None)
cb = fig.colorbar(s)

# get the axis for the colobar
cax = cb.ax

def animate(i):
    """ Perform animation step. """
    # clear both plotting axis and colorbar axis
    ax.clear()
    cax.cla()
    #the new axes must be re-formatted
    ax.set_xlim(0,1)
    ax.set_ylim(0,1)
    ax.grid(b=None)
    ax.set_xlabel('x [m]')
    ax.set_ylabel('y [m]')
    # and the elements for this frame are added
    ax.text(0.02, 0.95, 'Time step = %d' % i, transform=ax.transAxes)
    s = ax.scatter(positions[i][0], positions[i][1], s = marker_size, c = solutions[i], cmap = "RdBu_r", marker = ".", edgecolor = None)
    fig.colorbar(s, cax=cax)

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, interval=100, frames=range(time_steps))

ani.save('animation2.gif', writer='pillow')

生成相同的图形。