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Python?matplotlib底層原理解析

 更新時(shí)間:2021年12月01日 09:16:09   作者:盆友圈的小可愛(ài)  
這篇文章主要介紹了Python?matplotlib底層原理,下面文章圍繞Python?matplotlib底層原理的相關(guān)資料展開詳細(xì)內(nèi)容,具有一定的參考價(jià)值,需要的朋友可以參考下

復(fù)習(xí)回顧:
前期,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了matplotlib模塊相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí),對(duì) matplotlib 模塊折線圖、餅圖、柱狀圖進(jìn)行操作。

我們都知道matplotlib 是偏向底層用于可視化數(shù)據(jù)處理的庫(kù),我們?cè)诶L制圖表的時(shí)候主要步驟主要有四大步驟:

  • 導(dǎo)入 matplotlib.pplot庫(kù)
  • 使用pandas/numpy模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整分析理
  • 調(diào)用pyplot中繪制方法繪制折線圖、餅圖等
  • 調(diào)用pyplot.show展示出來(lái)

matplotlib官網(wǎng)上,可以看到豐富多樣的圖表教程

?

以上是我們上一期學(xué)習(xí)的內(nèi)容,對(duì)于matplotlib模塊來(lái)說(shuō)它的底層是怎么工作的?

俗話說(shuō),學(xué)習(xí)要做到知其然,也要知其所以然,這樣才能更好使用matplotlib模塊相關(guān)方法。

1. matplotlib 框架組成

matplotlib 模塊在眾多數(shù)據(jù)可視化庫(kù)中可以可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的底層操作。像gglotseaborn、plotnline 底層都是基于matplotlib 模塊去封裝不同風(fēng)格的統(tǒng)計(jì)圖表。

matplotlib 模塊底層主要是由三部分組成腳本層、美工層和后端層。

  • 腳本層:為用戶提供可視化編程的接口
  • 美工層:有大量繪制圖表方法的接口
  • 后端:連接硬件,處理圖像元素的接口

PS:matplotlib框架說(shuō)明

2. 腳本層(scripting)

腳本層屬于matplotlib模塊中最上層,主要為用戶提供可視化編程的接口,代表pyplot模塊。

對(duì)于普通用戶,pyplot接口可以滿足大多數(shù)文本的圖像和坐標(biāo)的生成,傳給后端進(jìn)行處理。

matplotlib.pyplot接口導(dǎo)入時(shí),通常是import matplotlib.pyplot as plt

  • 導(dǎo)入pyplot 模塊并重名為plt
  • pyplot 模塊加載時(shí),會(huì)對(duì)本地的配置文件進(jìn)行分析
  • 同時(shí)會(huì)聲明默認(rèn)的后端,例如聲明創(chuàng)建Figure對(duì)象
  • 將腳本深拷貝給后端后退出

pyplot 模塊提調(diào)用matplotlib的方法

  • 供給用面向oo調(diào)用風(fēng)格,顯示創(chuàng)建圖形和軸調(diào)用其方法
  • 依靠pyplot 自動(dòng)創(chuàng)建和管理圖形和軸,并使用pyplot函數(shù)進(jìn)行繪圖

用戶只需調(diào)用pyplot模塊相關(guān)的方法,就可以繪制漂亮的圖表啦

from matplotlib import pyplot

import pandas

pyplot.rcParams["font.sans-serif"]=['SimHei']
pyplot.rcParams["axes.unicode_minus"]=False

pyplot.bar([1,2,3,4,5,6],[45,20,19,56,35,69])

pyplot.title("data analyze")
pyplot.xlabel("元素 a")
pyplot.ylabel("元素 b")

pyplot.show()

3. 美工層(artist)

在美工層位于matplotlib中間層,主要進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)的繪制工作,繪制圖表中的標(biāo)題、直線、刻度等都是artist對(duì)象的實(shí)例。

artist 層特點(diǎn)

  • 腳本層創(chuàng)建的Figure對(duì)象是Artist對(duì)象實(shí)例
  • Artist的基類是matplotlib.artist.Artist,共享所有Artist屬性包括從美工系統(tǒng)到畫布坐標(biāo)系統(tǒng)變化等
  • 提供處理用戶交互動(dòng)作的接口

matplotlib 圖表對(duì)象

我們可以通過(guò)如下matplotlibe圖表中可以看到一張圖表由多個(gè)對(duì)象組合而成的。

matplotlib 圖表對(duì)象說(shuō)明

對(duì)象 說(shuō)明
Figure 圖形,彈出框口即是figure
axes 子圖
title 標(biāo)題
legend 圖例
Major tick 大標(biāo)尺刻度
Minor tick 小標(biāo)尺刻度
Line 線型圖
axis label 坐標(biāo)指標(biāo)說(shuō)明
Marker 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明

Artist 對(duì)象說(shuō)明

ArtIst 對(duì)象包含FigureAxes、Axis對(duì)象,是它們的基類,其Artist對(duì)象都全部位于后端提供的canvas畫布上。

Figure

  • 一個(gè)圖表窗口即是一個(gè)figure對(duì)象
  • figure對(duì)象中至少要包含一個(gè)Axes對(duì)象子圖
  • figure對(duì)象中可以包含title、label等Artist對(duì)象
  • figure對(duì)象中包含的不可見對(duì)象canvas。繪制圖像時(shí)會(huì)進(jìn)行調(diào)用

Axes

  • axes 是子圖對(duì)象,子圖對(duì)象指的是x和y軸.
  • axes 常用有set_xlabel()、set_ylabel()設(shè)置x和y軸坐標(biāo)名字

Axis

  • axis 是代表數(shù)據(jù)軸的對(duì)象,主要用于表示刻度位置和顯示數(shù)值
  • axis 包含用于控制刻度位置的Locator和顯示刻度Formatter兩個(gè)子對(duì)象

Artist對(duì)象層級(jí)結(jié)構(gòu)圖如下

4. 后端層(backend)

后端層主要是matplotlib 模塊底層實(shí)現(xiàn),主要實(shí)現(xiàn)了三方面的抽象接口 4.

FigureCanvas:對(duì)Artist對(duì)象繪制提供畫布功能進(jìn)行封裝

matplotlib 模塊底層是基于硬的用戶畫面,F(xiàn)igureCaves接口主要完成前期初始化工作

  • 將自身嵌入到原生的QT視覺(jué)窗口(QtGui.QMainWindow)
  • 將matplotlib的繪制命令Render轉(zhuǎn)換到canvas上(QtGui.QPainter)
  • 將原生Qt事件轉(zhuǎn)成matplotlib的Event接口,Event接口接收到信息后進(jìn)行處理

Renderer: 相當(dāng)于畫筆,執(zhí)行繪制動(dòng)作

Render 主要提供硬件底層的繪圖接口,能對(duì)Artist繪制命令進(jìn)行執(zhí)行。

  • Render 接口最初源于GDK的Drawable接口,后來(lái)轉(zhuǎn)換成獨(dú)立后端的原生繪圖命令。
  • matplotlib 是支持C++模塊庫(kù)基于像素點(diǎn)核心渲染器agg
  • 可以進(jìn)行2d反鋸齒渲染、PNG圖片生成

Event: 處理用戶鍵盤和鼠標(biāo)輸入事件

Event 框架是將key-press-event或者mouse-motion-event等UI事件映射到鍵盤或者鼠標(biāo)事件類中。

  • 用戶可以連接事件,使用函數(shù)進(jìn)行回調(diào)
  • 圖形與數(shù)據(jù)交互

總結(jié):

本文對(duì)matplotlib模塊底層實(shí)現(xiàn)進(jìn)行深入地認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)。在matplotlib模塊中底層是基于C++模板庫(kù)Agg來(lái)渲染圖片效果的,同時(shí)提高腳本層pyplot讓非專業(yè)的人也能輕松處理數(shù)據(jù)展示數(shù)據(jù)。

到此這篇關(guān)于Python matplotlib底層原理解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python matplotlib底層原理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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