目录

• 前言
• imshow 数组即是图像
• pcolor 家族
• 学以致玩儿
• 总结

前言

某时某地，阳光明媚。我十指相扣，枕于脑后，伸着腰、抖着腿，仰望天空，似乎有些慵懒。但，当时只有一个想法，就像误入黑体空腔的那个可怜光子，在脑海中反复横跳 —— “是谁乱扔的香蕉皮”？

那么问题来了，“如何用python画色块”？

比较直觉的、简单的想法是，把它当做图片来处理，用imshow()方法，即：每张图片相当于一个数组，其中每个像素的数值大小分布为0 ~ 1(float)，或者0 ~ 255(uint8)。每个像素点可看做一个色块，只需要改变其数值大小，就能对色块颜色进行调整。

此外，偷懒之心作祟，“是否已存在封装好的函数” 可直接调用，完成类似的操作。于是本着 “遇事不决，求助doc” 的原则，果然一顿操作之后，

在 matplotlib 官网 doc 中找到相似的案例，例如：pcolor、pcolormesh、pcolorfast。

此篇Blog用以记录本次探索学习的笔记和总结。

imshow 数组即是图像

imshow 是image show 的缩写, 所以给 imshow() 传入 2d 数组或RBG数据，该方法可渲染出相应图片。
这里用 x、y 定义渲染的边界，随机生成 2d 数组 z。渲染的颜色在参数 cmap 修改¹，可直接传入名字(str)，或者传入对应的属性，例如 plt.cm.Blues

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-1, 1.5, 0.5)
y = np.arange(-1, 1.5, 0.5)
extent = np.min(x), np.max(x), np.min(y), np.max(y)

np.random.seed(666)
z = np.random.randn(2,2)

fig, ax = plt.subplots(1,2)
ax[0].imshow(z, cmap=plt.cm.Blues, extent=extent)
ax[1].imshow(z, cmap="gray", extent=extent)
plt.subplots_adjust(wspace=0.5)
plt.xticks(x)
plt.yticks(y)

pcolor 家族

pcolor、pcolormesh、pcolorfast。看到这三个名字的一瞬间，有些恍惚，这 “马什么梅” ？

首先，这三者的共同点，是皆可以用以绘制矩形网格。

而不同点在于²：

• 对于 pcolor 和 pcolormesh 而言，前者返回的是 “PolyCollection” 对象，而 pcolormesh 返回的是 “QuadMesh” 对象。大多数情况下（特别是面对大型数组时），后者的效率更高一些，所以官方更推荐使用 pcolormesh
• 而 pcolorfast 不支持部分功能。例如网格着色方案只支持 “flat”、其坐标轴不支持 log 缩放。

# 随便定义一个函数，用来生成二维数组
def func(x, y):
    func = np.sin(x) - np.cos(y)
    return func

x = np.arange(-1, 1.2, 0.2)
y = np.arange(-1, 1.2, 0.2)

X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = func(X, Y)

fig = plt.figure()
plt.pcolormesh(X, Y, Z, cmap="Blues", shading="auto")

plt.xticks(np.arange(-1, 1.5, 0.5))
plt.yticks(np.arange(-1, 1.5, 0.5))

学以致玩儿

学以致用方为学。这里稍微修改了上文 func 函数，加上时间参数，再利用 animation.FuncAnimation 函数，让网格动起来。关于 animation.FuncAnimation 函数的使用可以查阅官方 doc³，或者我的上一篇blog，点这里传送门。

def model(t, k, w):
    x = np.arange(-1, 1.2, 0.2)
    y = np.arange(-1, 1.2, 0.2)
    X, Y = np.meshgrid(x, y)
    # 二维波函数
    Z = np.sin(k*X - w*t) - np.cos(k*Y - w*t)

    im = plt.pcolormesh(X, Y, Z, cmap="Blues", shading="auto")
    return im

# 设置初始值
k = 0.2
w = 0.8
t = np.linspace(0, 5, 20)

fig, ax = plt.subplots()
ani = animation.FuncAnimation(fig, model, frames=t, fargs=(k, w))

plt.title("pcolormesh")
plt.xticks(np.arange(-1, 1.5, 0.5))
plt.yticks(np.arange(-1, 1.5, 0.5))

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

总结

今天出于好奇，了解了一些网格的画法，特别是 imshow 和 pcolormesh 这两个函数。同时定义了个二维波函数，让网格动起来，也挺有趣的。
此外，一个新脑洞，能否做成 3D 版本的，类似奥运开幕式上，活字印刷术动画的那种效果。