Matplotlib添加自定义形状

前言

我们可以用 Matplotlib 绘制出复杂而又精美的统计图，同时也讲解了注释的用法，但是这远远不够，很多时候我们还需要绘制复杂形状，考虑到这一需求，Matplotlib 提供了大量自定义形状的函数，利用可以在统计图中添加各种复杂形状，以使得所绘制的统计图更加具有高级感。

添加形状

我们已经学习了使用 lines 原语制作线条，但是在实际中，我们可能需要更多的形状，使用其他形状的方式与 lines 原语的相同。

import matplotlib.patches as patches
import matplotlib.pyplot as plt
# 圆形
shape = patches.Circle((0, 0), radius = 1., color = 'm')
plt.gca().add_patch(shape)
# 四边形
shape = patches.Rectangle((2.5, -.5), 2., 1., color = 'c')
plt.gca().add_patch(shape)
# 椭圆形
shape = patches.Ellipse((0, -2.), 2., 1., angle = 45., color = 'y')
plt.gca().add_patch(shape)
# 花状框
shape = patches.FancyBboxPatch((2.5, -2.5), 2., 1., boxstyle = 'sawtooth', color = 'b')
plt.gca().add_patch(shape)
# 显示
plt.grid(True, alpha=0.3)
plt.axis('scaled')
plt.show()      

Tips：与使用lines原语一样，使用 Matplotlib 其它形状原语进行操作时，必须使用 pyplot.axis() 函数修改图形比例，否则将导致绘制图形不能完整显示。

无论显示哪种形状，其原理都是一样的。在 Matplotlib 中，形状被描述为名为 patch 的路径。matplotlib.patches 模块中提供了几种形状的路径。与线端一样，仅创建路径并不会在屏幕上渲染它，必须明确使用渲染函数 plt.gca()。

matplotlib.patches 模块包含很多路径构造类，常用的主要包括：

路径构造类名	描述
Circle	需要圆心坐标和半径作为参数
Rectangle	需要四边形左下角的坐标和边长作为参数
Ellipse	需要椭圆中心坐标和两轴半长作为参数
FancyBox	这类似于花形框，需要可选参数 boxstyle 指定样式，可选值包括："larrow"、"rarrow"、"round"、"round4"、"roundtooth"、"sawtooth"以及 "square" 等

自定义形状

除了预定义的形状外，我们还可以使用多边形定义任意形状。

使用多边形

多边形的使用方法与上一部分中路径的使用方法类似：

import numpy as np
import matplotlib.patches as patches
import matplotlib.pyplot as plt
theta = np.linspace(0, 2 * np.pi, 8)
points = np.vstack((np.cos(theta), np.sin(theta))).transpose()
plt.gca().add_patch(patches.Polygon(points, color = 'm'))
plt.grid(True)
plt.axis('scaled')
plt.show()      

Tips：matplotlib.patches.Polygon() 构造函数接受多边形顶点的坐标列表作为输入参数值。

使用路径属性

所有的路径都可以使用线条及填充的属性：包括 linewidth、linestyle、edgecolor、facecolor、hatch 等：

import numpy as np
import matplotlib.patches as patches
import matplotlib.pyplot as plt
theta = np.linspace(0, 2 * np.pi, 8)
points = np.vstack((np.cos(theta), np.sin(theta))).transpose()
plt.gca().add_patch(plt.Circle((0, 0), radius = 1., color = 'm'))
plt.gca().add_patch(plt.Polygon(points, closed=None, fill=None, lw = 3., ls = 'dashed', edgecolor = 'c'))
plt.grid(True)
plt.axis('scaled')
plt.show()      

Tips：上述示例中，使用带有虚线边(ls = 'dashed')的非填充(fill=None)多边形来绘制多边形轮廓，使用此方法，就不必创建多个Line对象来绘制此多边形。