diff --git a/3.5.md b/3.5.md new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..e4d6269a7651f98c7a203ca44f8c7f930f505682 --- /dev/null +++ b/3.5.md @@ -0,0 +1,316 @@ +# Artist 教程 + +matplotlib API 有三个层级。 `matplotlib.backend_bases.FigureCanvas`是绘制图形的区域，`matplotlib.backend_bases.Renderer`是知道如何在`ChartCanvas`上绘制的对象，而`matplotlib.artist.Artist`是知道如何使用渲染器在画布上画图的对象。 `FigureCanvas`和`Renderer`处理与用户界面工具包（如 wxPython）或 PostScript® 等绘图语言交互的所有细节，`Artist`处理所有高级结构，如表示和布局图形，文本和线条。通常用户话费95％的时间来处理 Artist。 + +有两种类型的 Artist：基本类型和容器类型。基本类型表示我们想要绘制到画布上的标准图形对象：`Line2D`，`Rectangle`，`Text`，`AxesImage`等，容器是放置它们的位置（`Axis`，`Axes`和`Figure`）。标准用法是创建一个`Figure`实例，使用`Figure`创建一个或多个`Axes`或`Subplot`实例，并使用`Axes`实例的辅助方法来创建基本类型。在下面的示例中，我们使用`matplotlib.pyplot.figure()`创建一个`Figure`实例，这是一个便捷的方法，用于实例化`Figure`实例并将它们与您的用户界面或绘图工具包`FigureCanvas`连接。正如我们将在下面讨论的，这不是必须的 - 你可以直接使用 PostScript，PDF，Gtk+ 或 wxPython `FigureCanvas`实例，直接实例化你的图形并连接它们 - 但是因为我们在这里关注 Artist API，我们让`pyplot`为我们处理一些细节： + +```py +import matplotlib.pyplot as plt +fig = plt.figure() +ax = fig.add_subplot(2,1,1) # two rows, one column, first plot +``` + +`Axes`可能是 matplotlib API 中最重要的类，你将在大多数时间使用它。 这是因为`Axes`是大多数对象所进入的绘图区域，`Axes`有许多特殊的辅助方法（`plot()`，`text()`，`hist()`，`imshow()`）来创建最常见的图形基本类型 `Line2D`，`Text`，`Rectangle`，`Image`）。 这些辅助方法将获取您的数据（例如 numpy 数组和字符串），并根据需要创建基本`Artist`实例（例如，`Line2D`），将它们添加到相关容器中，并在请求时绘制它们。 大多数人可能熟悉子图，这只是`Axes`的一个特例，它存在于`Subplot`实例的列网格的固定行上。 如果要在任意位置创建`Axes`，只需使用`add_axes()`方法，该方法接受`[left, bottom, width, height]`值的列表，以 0~1 的图形相对坐标为单位： + +```PY +fig2 = plt.figure() +ax2 = fig2.add_axes([0.15, 0.1, 0.7, 0.3]) +``` + +以我们的例子继续： + +```py +import numpy as np +t = np.arange(0.0, 1.0, 0.01) +s = np.sin(2*np.pi*t) +line, = ax.plot(t, s, color='blue', lw=2) +``` + +在这个例子中，`ax`是上面的`fig.add_subplot`调用创建的`Axes`实例（记住`Subplot`只是`Axes`的一个子类），当你调用`ax.plot`时，它创建一个`Line2D`实例并将其添加到`Axes.lines`列表中。 在下面的 ipython 交互式会话中，您可以看到`Axes.lines`列表的长度为 1，并且包含由`line, = ax.plot... `调用返回的相同线条： + +```py +In [101]: ax.lines[0] +Out[101]: + +In [102]: line +Out[102]: +``` + +如果您对`ax.plot`进行连续调用（并且保持状态为“on”，这是默认值），则将在列表中添加其他线条。 您可以稍后通过调用列表方法删除线条；任何一个方法都可以： + +```py +del ax.lines[0] +ax.lines.remove(line) # one or the other, not both! +``` + +轴域也拥有辅助方法，用于设置和装饰 x 和 y 轴的刻度、刻度标签和轴标签： + +```py +xtext = ax.set_xlabel('my xdata') # returns a Text instance +ytext = ax.set_ylabel('my ydata') +``` + +当你调用`ax.set_xlabel`时，它将信息传递给`XAxis`的`Text`实例，每个`Axes `实例都包含`XAxis`和`YAxis`，它们处理刻度、刻度标签和轴标签的布局和绘制。 + +尝试创建下面的图形： + +![](http://matplotlib.org/_images/fig_axes_labels_simple.png) + +## 自定义你的对象 + +图中的每个元素都由一个 matplotlib Artist 表示，每个元素都有一个扩展属性列表用于配置它的外观。 图形本身包含一个`Rectangle`，正好是图形的大小，你可以使用它来设置图形的背景颜色和透明度。 同样，每个`Axes`边框（在通常的 matplotlib 绘图中是标准的白底黑边）拥有一个`Rectangle`实例，用于确定轴域的颜色，透明度和其他属性，这些实例存储为成员变量`Figure.patch`和`Axes.patch`（“Patch”是一个继承自 MATLAB 的名称，它是图形上的一个颜色的 2D“补丁”，例如矩形，圆和多边形）。每个 matplotlib Artist 都有以下属性。 + +| 属性 | 描述 | +| --- | --- | +| alpha | 透明度 - 0 ~ 1 的标量 | +| animated | 用于帮助动画绘制的布尔值 | +| axes | Artist 所在的轴域，可能为空 | +| clip_box | 用于剪切 Artist 的边框 | +| clip_on | 剪切是否开启 | +| clip_path | Artist 被剪切的路径 | +| contains | 一个拾取函数，用于判断 Artist 是否位于拾取点 | +| figure | Artist 所在的图形实例，可能为空 | +| label | 文本标签（用于自动标记） | +| picker | 控制对象拾取的 Python 对象 | +| transform | 变换 | +| visible | 布尔值，表示 Artist 是否应该绘制 | +| zorder | 确定绘制顺序的数值 | +| rasterized | 布尔值，是否将向量转换为光栅图形（出于压缩或 eps 透明度） | + +每个属性都使用一个老式的`setter`或`getter`（是的，我们知道这会刺激 Python 爱好者，我们计划支持通过属性或 traits 直接访问，但它还没有完成）。 例如，要将当前`alpha`值变为一半： + +```py +a = o.get_alpha() +o.set_alpha(0.5*a) +``` + +如果你打算可以一次性设置一些属性，你也可以以关键字参数使用`set`方法，例如： + +```py +o.set(alpha=0.5, zorder=2) +``` + +如果你在 Python 交互式 Shell 中工作，检查`Artist`属性的一种方便的方法是使用`matplotlib.artist.getp()`函数（在 pylab 中只需要`getp()`），它列出了属性及其值。 这适用于从`Artist`派生的类，例如`Figure`和`Rectangle`。 这里是上面提到的`Figure`的矩形属性： + +```py +In [149]: matplotlib.artist.getp(fig.patch) + alpha = 1.0 + animated = False + antialiased or aa = True + axes = None + clip_box = None + clip_on = False + clip_path = None + contains = None + edgecolor or ec = w + facecolor or fc = 0.75 + figure = Figure(8.125x6.125) + fill = 1 + hatch = None + height = 1 + label = + linewidth or lw = 1.0 + picker = None + transform = + verts = ((0, 0), (0, 1), (1, 1), (1, 0)) + visible = True + width = 1 + window_extent = + x = 0 + y = 0 + zorder = 1 +``` + +所有类的文档字符串也包含`Artist`属性，因此您可以查阅交互式“帮助”或 [Artist 模块](http://matplotlib.org/api/artist_api.html#artist-api)，来获取给定对象的属性列表。 + + +## 对象容器 + +现在我们知道如何检查和设置我们想要配置的给定对象的属性，现在我们需要如何获取该对象。 前面提到了两种对象：基本类型和容器类型。 基本类型通常是你想要配置的东西（`Text`实例的字体，`Line2D`的宽度），虽然容器也有一些属性 - 例如 `Axes`是一个容器 Artist，包含你的绘图中的许多基本类型，但它也有属性，比如`xscale`来控制`xaxis`是“线性”还是“对数”。 在本节中，我们将回顾各种容器对象存储您想要访问的 Artist 的位置。 + +## 图形容器 + +顶层容器 Artist 是`matplotlib.figure.Figure`，它包含图形中的所有内容。 图形的背景是一个`Rectangle`，存储在`Figure.patch`中。 当您向图形中添加子图（`add_subplot()`）和轴域（`add_axes()`）时，这些会附加到`Figure.axes`。 它们也由创建它们的方法返回： + +```py +In [156]: fig = plt.figure() + +In [157]: ax1 = fig.add_subplot(211) + +In [158]: ax2 = fig.add_axes([0.1, 0.1, 0.7, 0.3]) + +In [159]: ax1 +Out[159]: + +In [160]: print fig.axes +[, ] +``` + +因为图形维护了“当前轴域”（见`figure.gca`和图`figure.sca`）的概念以支持 pylab/pyplot 状态机，所以不应直接从轴域列表中插入或删除轴域，而应使用`add_subplot()`和`add_axes()`方法进行插入，并使用`delaxes()`方法进行删除。 然而，您可以自由地遍历轴域列表或索引，来访问要自定义的`Axes`实例。 下面是一个打开所有轴域网格的示例： + +```py +for ax in fig.axes: + ax.grid(True) +``` + +图形还拥有自己的文本，线条，补丁和图像，您可以使用它们直接添加基本类型。 图形的默认坐标系统简单地以像素（这通常不是你想要的）为单位，但你可以通过设置您添加到图中的 Artist 的`transform`属性来控制它。 + +更有用的是“图形坐标系”，其中`(0,0)`是图的左下角，`(1,1)`是图的右上角，您可以通过将`Artist`的转换设置为`fig.transFigure`来获得： + +```py +In [191]: fig = plt.figure() + +In [192]: l1 = matplotlib.lines.Line2D([0, 1], [0, 1], + transform=fig.transFigure, figure=fig) + +In [193]: l2 = matplotlib.lines.Line2D([0, 1], [1, 0], + transform=fig.transFigure, figure=fig) + +In [194]: fig.lines.extend([l1, l2]) + +In [195]: fig.canvas.draw() +``` + +![](http://matplotlib.org/_images/fig_x.png) + +这里是图形可以包含的艺术家总结： + + +| 图形属性 | 描述 | +| --- | --- | +| `axes` | `Axes`实例的列表（包括`Subplot`） | +| `patch` | `Rectangle`背景 | +| `images` | `FigureImages`补丁的列表 - 用于原始像素显示 | +| `legends` | 图形`Legend`实例的列表（不同于`Axes.legends`） | +| `lines` | 图形`Line2D`实例的列表（很少使用，见`Axes.lines`） | +| `patches` | 图形补丁列表（很少使用，见`Axes.patches`） | +| `texts` | 图形`Text`实例的列表 | + +## 轴域容器 + +`matplotlib.axes.Axes`是 matplotlib 宇宙的中心 - 它包含绝大多数在一个图形中使用的艺术家，并带有许多辅助方法来创建和添加这些艺术家本身，以及访问和自定义所包含的艺术家的辅助方法。 就像`Figure`那样，它包含一个`Patch patch`，它是一个用于笛卡尔坐标的`Rectangle`和一个用于极坐标的`Cirecle`; 这个补丁决定了绘图区域的形状，背景和边框： + +```py +ax = fig.add_subplot(111) +rect = ax.patch # a Rectangle instance +rect.set_facecolor('green') +``` + +当调用绘图方法（例如通常是`plot()`）并传递数组或值列表时，该方法将创建一个`matplotlib.lines.Line2D()`实例，将所有`Line2D`属性作为关键字参数传递， 将该线条添加到`Axes.lines`容器，并将其返回给您： + +```py +In [213]: x, y = np.random.rand(2, 100) + +In [214]: line, = ax.plot(x, y, '-', color='blue', linewidth=2) +``` + +`plot`返回一个线条列表，因为你可以传入多个`x,y`偶对来绘制，我们将长度为一的列表的第一个元素解构到`line`变量中。 该线条已添加到`Axes.lines`列表中： + +```py +In [229]: print ax.lines +[] +``` + +与之类似，创建补丁的方法（如`bar()`）会创建一个矩形列表，将补丁添加到`Axes.patches`列表中： + +```py +In [233]: n, bins, rectangles = ax.hist(np.random.randn(1000), 50, facecolor='yellow') + +In [234]: rectangles +Out[234]: + +In [235]: print len(ax.patches) +``` + +你不应该直接将对象添加到`Axes.lines`或`Axes.patches`列表，除非你确切知道你在做什么，因为`Axes`需要在它创建和添加对象做一些事情。 它设置`Artist`的`figure`和`axes`属性，以及默认`Axes`变换（除非设置了变换）。 它还检查`Artist`中包含的数据，来更新控制自动缩放的数据结构，以便可以调整视图限制来包含绘制的数据。 但是，您可以自己创建对象，并使用辅助方法（如`add_line()`和`add_patch()`）将它们直接添加到`Axes`。 这里是一个注释的交互式会话，说明正在发生什么： + +```py +In [261]: fig = plt.figure() + +In [262]: ax = fig.add_subplot(111) + +# create a rectangle instance +In [263]: rect = matplotlib.patches.Rectangle( (1,1), width=5, height=12) + +# by default the axes instance is None +In [264]: print rect.get_axes() +None + +# and the transformation instance is set to the "identity transform" +In [265]: print rect.get_transform() + + +# now we add the Rectangle to the Axes +In [266]: ax.add_patch(rect) + +# and notice that the ax.add_patch method has set the axes +# instance +In [267]: print rect.get_axes() +Axes(0.125,0.1;0.775x0.8) + +# and the transformation has been set too +In [268]: print rect.get_transform() + + +# the default axes transformation is ax.transData +In [269]: print ax.transData + + +# notice that the xlimits of the Axes have not been changed +In [270]: print ax.get_xlim() +(0.0, 1.0) + +# but the data limits have been updated to encompass the rectangle +In [271]: print ax.dataLim.bounds +(1.0, 1.0, 5.0, 12.0) + +# we can manually invoke the auto-scaling machinery +In [272]: ax.autoscale_view() + +# and now the xlim are updated to encompass the rectangle +In [273]: print ax.get_xlim() +(1.0, 6.0) + +# we have to manually force a figure draw +In [274]: ax.figure.canvas.draw() +``` + +有非常多的`Axes`辅助方法用于创建基本艺术家并将它们添加到他们各自的容器中。 下表总结了他们的一部分，他们创造的`Artist`的种类，以及他们在哪里存储它们。 + + +| 辅助方法 | 艺术家 | 容器 | +| --- | --- | --- | +| `ax.annotate` - 文本标注 | `Annotate` | `ax.texts` | +| `ax.bar` - 条形图 | `Rectangle` | `ax.patches` | +| `ax.errorbar` - 误差条形图 | `Line2D` 和 `Rectangle` | `ax.lines` 和 `ax.patches` | +| `ax.fill` - 共享区域 | `Polygon` | `ax.patches` | +| `ax.hist` - 直方图 | `Rectangle` | `ax.patches` | +| `ax.imshow` - 图像数据 | `AxesImage` | `ax.images` | +| `ax.legend` - 轴域图例 | `Legend` | `ax.legends` | +| `ax.plot` - xy 绘图 | `Line2D` | `ax.lines` | +| `ax.scatter` - 散点图 | `PolygonCollection` | `ax.collections` | +| `ax.text` - 文本 | `Text` | `ax.texts` | + +除了所有这些艺术家，`Axes`包含两个重要的艺术家容器：`XAxis`和`YAxis`，它们处理刻度和标签的绘制。 它们被存储为实例变量`xaxis`和`yaxis`。 `XAxis`和`YAxis`容器将在下面详细介绍，但请注意，`Axes`包含许多辅助方法，它们会将调用转发给`Axis`实例，因此您通常不需要直接使用它们，除非您愿意。 例如，您可以使用`Axes`辅助程序方法设置`XAxis`刻度标签的字体大小： + +```py +for label in ax.get_xticklabels(): + label.set_color('orange') +``` + +下面是轴域所包含的艺术家的总结 + +| 轴域属性 | 描述 | +| --- | --- | +| `artists` | `Artist`实例的列表 | +| `patch` | 用于轴域背景的`Rectangle`实例 | +| collections | `Collection`实例的列表 | +| images | `AxesImage`的列表 | +| legends | `Legend`实例的列表 | +| lines | `Line2D`实例的列表 | +| patches | `Patch`实例的列表 | +| texts | `Text`实例的列表 | +| xaxis | `matplotlib.axis.XAxis`实例 | +| yaxis | `matplotlib.axis.YAxis`实例 | + +## 轴容器