Python高级编程 课件 第8讲 Python绘图的使用

第8讲Python绘图的使用深圳北理莫斯科大学：姜增如第8讲主讲内容2使用turtle模块库绘图3使用Matplotlib模块库绘图1使用tkinter模块库绘图4动画设计

一、使用tkinter模块库绘图

tkinter利用Canvas组件承载各种控件和图形，在Canvas画布上可绘制各种形状，包括多边形、椭圆、长方形、直线、字符串文字、UI组件（如文本框、按钮、列表、下拉菜单等）。

在画布上绘制图形，一般使用create_xxx创建对象，xxx=对象类型，表示绘制不同参数的形状。1、绘图

(canvas)的使用

Canvas相当于一个画板，是各种图形的载体，可在上面画各种形状，包括多边形、椭圆、长方形、画线、写字符串等。2、创建画布格式：canvas=Canvas(父容器,width=宽,height=高,bg=背景色,outLine=边色，dash=线形)创建各种图形方法：（1）画多边形：canvas.create_polygon(左侧第1个坐标，第2个坐标…，fill=填充色)#按顺时针方向（2）画长方形：canvas.create_rectangle(左上角坐标,右下角坐标,fill=填充色)#画长方形（3）画线：canvas.create_line(起始坐标,终点坐标)（4）画椭圆：canvas.create_oval(左上角坐标,右下角坐标,fill=填充色)（5）写字符串：canvas.create_text(起始坐标,text=“字符内容”,font=字体)3、图像的修改（1）coords：用于修改线的位置等

（2）itemconfig：修改填充颜色等

（3）delete：删除（4）update：更新操作（5）move:移动（1）fromtkinterimport*

#导入tkinter库（2）root=Tk()

#创建一个根窗体（3）root.geometry("宽度x高度")

#设置根窗口的大小（可选）（4）创建宽度、高度分别为X,Y的画布，并布局背景颜色cv=Canvas(root,width=X,height=Y,bg="颜色")（5）root.title("画布窗口标题")

#设置窗体的标题（可选）（6）cv.pack()#布局到根窗体上（7）root.mainloop()

#显示画布（8）在画布上添加多边形、椭圆、长方形、画线、字符串文字、UI组件等。说明：若缺少设置根窗口及画布大小，则系统根据组件自动设置大小4、Canvas绘图步骤语法格式：canvas.create_image(x0,x0,options...)说明：在canvas画布上绘制图像时，不能直接接收图片路径作为参数,而是接收一个读取PhotoImage类对象作为图像参数，且只能读取GIF、PGM和PPM格式的图像。5、绘制图像例1使用Python的UI绘图fromtkinterimport*root=Tk()root.title("绘制几何图形")#添加窗口标题root.geometry('500x300')#设置窗体大小

cv=Canvas(root,bg='green')#创建画布并填充绿色背景cv.create_rectangle(30,10,120,100,fill="yellow")#绘制矩形并填充黄色cv.create_oval(170,10,300,100,fill="red")#绘制椭圆形并填充红色cv.create_polygon(10,300,150,200,250,300,fill="blue")#绘制多边形并填充蓝色#绘制弧形并填充粉色cv.create_arc(10,110,300,300,start=0,extent=180,fill="pink",outline="blue",width=3)cv.pack()#将画布布局到窗体root.mainloop()#显示画布例2使用tkinter绘制几何图形fromtkinterimport*

root=Tk()

cv=Canvas(root,width=400,height=400,bg="white")

cv.pack()

c1=cv.create_oval(70,40,205,160,fill="yellow")#画长方形

c2=cv.create_polygon(10,50,150,10,270,50,fill="blue")#画多边形

c3=cv.create_oval(110,80,130,90,fill="black")#画椭圆

c4=cv.create_oval(155,80,175,90,fill="black")

c5=cv.create_oval(130,120,155,130,fill="red")

c6=cv.create_rectangle(110,160,165,190,fill="pink")

c7=cv.create_polygon(30,190,245,190,180,260,90,260,fill="green")

root.mainloop()fromtkinterimport*root=Tk()w=Canvas(root,width=400,height=200,bg='white')w.pack()defpaint(event):x1,y1=(event.x-1),(event.y-1)x2,y2=(event.x+1),(event.y+1)w.create_oval(x1,y1,x2,y2,outline='red')w.bind('<B1-Motion>',paint)l1=Label(root,text='按住鼠标移动可绘任意图形')l1.pack(side=BOTTOM)mainloop()例3使用tkinter自行绘图。例4利用列表按选择顺序输出fromtkinterimport*root=Tk()root.title("helloworld")root.geometry("400x300")defprint_item(event):sele=lb.get(lb.curselection())l1=Label(root,text=sele)l1.pack()var=StringVar()Lab=Label(root,text=“选择您喜欢的大学名称");Lab.pack()lb=Listbox(root,height=10,selectmode=BROWSE,listvariable=var)lb.bind('<ButtonRelease-1>',print_item)list_item=['清华大学','北京大学','人民大学','北京理工大学','北京航空航天大学','上海交通大学','西安交通大学','复旦大学','天津大学','南京大学']foriteminlist_item:lb.insert(END,item)lb.pack(side=LEFT,fill=Y)root.mainloop()画一个五角星，首先我们要先确定5个角的坐标，可以用三角函数来确定五角星的各个点的位置）例5绘制五星fromtkinterimport*importmathasmroot=Tk()cv=Canvas(root,width=400,height=300,background='white')cv.pack()cv.create_oval(35,5,50,25,fill='#F0F000')#添加红旗的杆尖cv.create_rectangle(35,25,50,300,fill='yellow')#画红旗的杆cv.create_rectangle(50,20,280,190,fill='red')#画红旗center_x=60;center_y=30;r=20#设置起始坐标#画五星forninrange(1,4):center_x=center_x+n*20;center_y=center_y+n*16#point为五个点从左上点到右下点依次的x和y坐标points=[center_x-int(r*m.sin(2*m.pi/5)),center_y-int(r*m.cos(2*m.pi/5)),center_x+int(r*m.sin(2*m.pi/5)),center_y-int(r*m.cos(2*m.pi/5)),center_x-int(r*m.sin(m.pi/5)),center_y+int(r*m.cos(m.pi/5)),center_x,center_y-r,center_x+int(r*m.sin(m.pi/5)),center_y+int(r*m.cos(m.pi/5)),]cv.create_polygon(points,fill='yellow')cv.create_text(200,60,text="中国队",font=("隶书",24),fill='yellow')#添加文字mainloop()例6在图片上绘制气球，通过按钮使得气球移动fromtkinterimport*root=Tk()#实例化Tkroot.title("muywindow")#设置标题root.geometry("700x600")#设置窗口的大小cv=Canvas(root,bg="blue",height=500,width=620)img=PhotoImage(file="p2.png")#注意，只能导入.gif的图片cv.create_image(0,0,anchor="nw",image=img)cv.pack()#锚点为左上角，西北方向x0,y0,x1,y1=20,50,80,180line=cv.create_line(70,100,130,450,fill="yellow")#画线oval=cv.create_oval(30,30,120,150,fill="red")#绘制扇形arc=cv.create_arc(100,450,150,480,start=0,extent=180,fill="yellow")#扇形cv.pack()defmoveit():cv.move(oval,0,2)#移动气球，使其往下移动两个单位a=Button(root,text="向下移动气球",command=moveit).pack()root.mainloop()#显示窗口

二、使用turtle模块库绘图

turtle是Python提供的一种内置在系统中的绘图函数库，不需要安装即可使用。turtle通过一个小海龟的“前进”、“后退”和“旋转”等行为，在坐标系中形成的运动轨迹绘制图形。turtle的一个画布空间，最小单位是像素，坐标体系为：函数名称功能说明turtle.forward(distance)/fd向当前画笔方向移动distance像素长度turtle.backward(distance)/bk向当前画笔相反方向移动distance像素长度turtle.right(degree)/rt顺时针移动,degree为度数turtle.left(degree)/lt逆时针移动,degree为度数turtle.pendown()放下画笔，移动时绘制图形，缺少参数时也为绘制turtle.goto(x,y)将画笔移动到坐标为(x,y)的位置turtle.penup()抬起画笔，不绘制图形，用于另起一个地方绘制turtle.circle()画圆，半径为正、负，表示圆心在画笔的左、右边画圆turtle.setx()将当前x轴移动到指定位置turtle.sety()将当前y轴移动到指定位置turtle.setheading(angle)设置当前朝向为angle的角度turtle.home()设置当前画笔位置为原点，朝向向东°画笔运动函数说明：（1）turtle.isdown()为判断画笔是否落下，返回True或False。（2）turtle.forward(distance)或turtle.fd(distance)为向当前画笔方向移动，distance为像素长度。（3）turtle.backward(distance)或turtle.bk(distance)或turtle.back(distance)为向当前画笔相反方向移动distance像素长度。（4）turtle.goto(x,y)或turtle.setpos(x,y)或turtle.setposition(x,y)将画笔移动到坐标为x,y的位置。（5）turtle.setheading(angle)或turtle.seth(angle)为设置当前朝向为angle角度值。其中，0表示向东，90度向北，180度向西，270度向南；负值表示相反方向。（6）turtle.circle(100)表示以当前位置为圆心，画半径为100的圆。（7）turtle.circle(radius,extent=None,steps=None)radius–一个数值：半径为正(负)，表示圆心在画笔的左边(右边)画圆；extent–一个数值(或None)：extent为一个夹角，用来决定绘制圆的一部分；steps–一个整型数(或None)：做半径为radius的圆的内切正多边形，多边形边数为steps。函数名称功能说明turtle.pensize(N)/width(N)画笔粗细，N为数字turtle.pencolor(color)color为画笔颜色，颜色字母、十或十六进制RGBturtle.screensize()可以设置画布的宽度、高度、背景turtle.fillcolor(color)绘制图形填充颜色turtle.color(color1,color2)color1为画笔颜色，color2为填充颜色turtle.filling()返回当前是否在填充状态turtle.dot(size=None,*color)绘制一个指定直径和颜色的圆点turtle.begin_fill()准备开始填充图形turtle.end_fill()填充完成turtle.hideturtle()隐藏画笔的turtle形状turtle.showturtle()显示画笔的turtle形状turtle.penspeed(N)N为画笔速度,范围是[0,10],最快:0,快:10，正常:6，慢:3，最慢:12、画笔控制函数函数名称功能说明turtle.delay(delay=None) 设置或返回以毫秒为单位的绘图延迟turtle.done()返回当前turtle是否可见，保留图形不消失turtle.shape(name=None)设置海龟形状为name指定的形状名，如未指定则返回当前的形状名turtle.mode(“standard”/“logo”/“world”)设置turtle模式，如果没有给出，就返回当前模式，standard，向东，逆时针；logo，向上，顺时针turtle.begin_poly()开始记录多边形顶点,起点turtle.end_poly()停止记录多边形顶点，终点，与起点相连turtle.get_poly()返回记录的多边形turtle.write(arg,move,align,font)写文本，arg为文本内容，font是字体参数turtle.pen(pen=None,**pendict)返回或设置画笔的属性字典3、其他函数英文颜色名称RGB整数值RGB小数值中文颜色名称white255,255,2551,1,1白色yellow255,255,01,1,0黄色magenta255,0,2551,0,1洋红cyan 0,255,2550,1,1青色blue0,0,2550,0,1蓝色black0,0,00,0,0黑色gray128,128,1280.5,0.5,0.5灰色purple160,32,2400.63,0.13,0.94紫色maroon128,0,0,0.5,0,0栗色olive128,128,00.5.0.5,0橄榄色gold255,215,01,0.84,0金色4、颜色设置importturtleast#导入turtle库t.screensize(600,480,bg='yellow')#设置窗口大小及颜色defpolygon(x,y,n,l,color):t.goto(x,y)#海龟移动到指定位置t.pendown()#落笔t.color(color)#只有一个参数时，既是画笔颜色，又是填充颜色t.begin_fill()#开始填充foriinrange(n):t.forward(l)#海龟前进边长的步数t.right(360/n)#右转一个外角的角度t.end_fill()#结束填充t.penup()#抬笔polygon(-140,0,4,100,'red')#在(-140,0)画边长为100的四边形并填充为红色polygon(-15,-5,3,120,'blue')#在(-15,-5)画边长为120的正三角形填充为蓝色polygon(120,-10,6,60,'Purple')#在（100,-100）画边长为60的正六边形填充为紫色polygon(-220,-5,36,10,'Pink')#在（-100,-100）画边长为10的正36边形填充为粉色t.done()例7绘制填充的正方形、正三角形、正六边形和圆。例8绘制填充的正六边形importturtleastt.color(‘blue’,‘#00ff00’)#填充颜色t.begin_fill()foriinrange(6):#绘制六边形t.fd(150)t.left(60)t.end_fill()#填充结束t.penup()#抬笔t.goto(-30,120)#移动到中心t.pendown()#落笔t.write(“绘制填充正六边形”,font=(‘行楷’,20))#写字t.hideturtle()#隐藏绘图图标t.done()importturtleastdefhart_arc():#画心形圆弧

foriinrange(200):

t.right(1)

t.fd(2)t.color('blue','pink')#画笔颜色t.pensize(3)#画笔粗细t.goto(0,-180)t.left(140)#向左旋转140度t.begin_fill()#标记背景填充位置t.fd(224)#向前移动画笔,画心形直线，长度为224hart_arc()#左侧圆弧t.left(120)#调整画笔角度t.write('献爱心',font=('宋体',30,'bold'),align="center")hart_arc()#右侧圆弧t.fd(224)t.end_fill()#标记背景填充结束位置t.done()画心形及填充例9importrandomasr

importturtleast

t.pensize(3)

foriinrange(12):

c=[]

foriinrange(4):

c.append((r.random(),r.random(),r.random()))#随机取颜色

t.pencolor(c[i])

t.fd(120)

t.left(90)

t.right(170)

t.seth(60)

t.done()例10画变换方向和颜色的矩形。importturtleastdefdraw():

#画花瓣foriinrange(2):t.circle(50,120)t.left(60)t.pensize(5)t.goto(0,-150)#画杆t.left(90);t.fd(50)t.fillcolor("green")t.begin_fill();t.pensize(2)draw()#画第一片树叶t.fd(50);t.right(90)draw()

#画第二片树叶t.end_fill();t.right(270)#转向画花位置t.fd(150)t.fillcolor("red")t.begin_fill()foriinrange(6):#画6个花瓣draw()t.right(60);t.end_fill()t.done()例11画花朵及填充

三、使用Matplotlib模块库绘图Matplotlib是Python可视化软件包之一，它提供了常用的2D和3D绘图接口。由于是第三方库，需要在系统中安装mpl_toolkits工具包才能使用。使用该库只需几行代码即可生成直方图，饼图、条形图，散点图、等高图、3d曲面图等。其中：pyplot及pylab模块提供了类似于MATLAB界面的一组画图函数，包括控制线条样式、字体属性、轴属性、绘制三维曲面图等。1、安装并升级在cmd命令提示符下或在Pychar的Terminal中，键入：pipinstallmatplotlib或Python-mpipinstallmatplotlib进行自动安装2.matplotlib绘图步骤安装成功即可导入matplotlib库，完成绘图，其步骤为：（1）导入matplotlib模块:importmatplotlib.pyplotasplt（2）定义变量并初始化，例如：x=range(10)（3）定义函数,例如：y=x**2-1（4）定义图像窗口：plt.figure()（5）绘制曲线，例如：plt.plot(x,y)

（6）显示图像：plt.show()

3、matplotlib模块库的使用在matplotlib绘图中，整个图像为一个figure对象，在对象中可以包含一个或多个Axes(坐标轴)对象。函数说明plt.xlabel()对x轴增加文本标签plt.ylabel()对y轴增加文本标签ply.title()对图形整体增加文本标签plt.text(x,y,text)在任意位置添加文本,x,y表示在坐标为(x,y)的位置增加文本plt.bar()绘制柱形图plt.pie()绘制饼图plt.step()绘制台阶图plt.scatter绘制散点图（1）函数绘图（2）配置参数参数功能描述axex设置坐标轴边界和表面的颜色、坐标刻度值大小和网格figure控制dpi、边界颜色、图形大小、和子区(subplot)设置plot(x,y)绘制二维图形font字体集(fontfamily)、字体大小和样式设置grid设置网格颜色和线型legend设置图例和其中的文本的显示set_xlim(min,max)设置横轴范围，会覆盖上面axis的设置set_ylim(min,max)设置纵轴范围，会覆盖上面axis的设置line设置线条(颜色、线型、宽度等)和标记patch填充2D空间图形对象，如多边形、圆、线宽、颜色等设置。savefig对保存的图形进行单独设置，例如设置渲染的文件的背景色。verbose设置matplotlib在执行期间信息输出，如silent、helpful、debug和debug-annoying。xticks/yticks:为x,y轴的主刻度和次刻度设置颜色、大小、方向，以及标签大小，标题线条相关属性标记设置Linestyle/ls设置线条风格rcParams[‘font.family’]中文字体说明‘SimHei’中文黑体‘Kaiti’中文楷体‘LiSu’中文隶书‘SimSun’宋体‘FangSong’中文仿宋‘YouYuan’中文幼圆‘STSong’华文宋体‘STXingkai’华文行楷‘MicrosoftYaHei’微软雅黑（3）中文字体设置标记字符说明标记字符说明‘.’点标记‘s’正方形‘,’像素标记(极小点)‘h’六边形‘o’实心圈点‘d’小菱形‘v’倒三角标记‘v’一角朝下的三角形‘^’上三角标记‘p’实心五角标记‘>’右三角标记‘s’实心方形标记‘<’左三角标记‘*’星型标记‘1’下花三角标记‘4’右花三角标记‘2’上花三角标记‘8’八边形‘3’左花三角标记‘\‘竖线‘D’菱形‘+’加号‘-‘实线‘–’破折线‘–.’点画线‘:’虚线（4）线型标记颜色字符说明颜色字符说明‘r’红色‘y’黄色‘g’绿色‘c’青色‘b’蓝色‘m’洋红色‘k’黑色‘w’白色（5）颜色标记数importmatplotlib.pyplotasplt#导入绘图库命名pltfig=plt.axes()#创建坐标轴

x=range(1,8)#产生1-7的横坐标fig.set_xticklabels(["","周一","周二","周三","周四","周五","周六","周日"],fontproperties='SimHei',fontsize=12)#设置x轴刻度标签

y=[34,35,31,33,30,29,32]#收集一周温度值

plt.plot(x,y)#绘制曲线

plt.title("北京一周温度曲线",fontproperties='SimHei',fontsize=16)#显示标题plt.xlabel(u'星期',fontproperties='SimHei',fontsize=12)#显示横坐标

plt.ylabel(u'温度',fontproperties='SimHei',fontsize=12)#显示纵坐标

plt.show()#显示输出例12根据当前一周气温值[34,35,31,33,30,29,32]，绘制温度曲线。importmatplotlib.pyplotasplt

importmath

importnumpyasnp

x=np.linspace(0,2*math.pi)

y1=np.sin(x);y2=np.cos(x)

y3=np.tan(x);y4=np.cos(x)**2

plt.figure()

plt.subplot(2,2,1)#绘制第1个图

plt.plot(x,y1)

plt.subplot(2,2,2)#绘制第2个图

plt.plot(x,y2,color='red',linewidth=1.0,linestyle=':')

plt.subplot(2,2,3)#绘制第3个图

plt.plot(x,y3,color='blue',linewidth=1.0,linestyle='--')

plt.subplot(2,2,4)#绘制第4个图

plt.plot(x,y4,color='black',linewidth=1.0,linestyle='-.')

plt.show()

例13使用subplot绘制子图importmatplotlib.pyplotasplt

importnumpyasnp

x=np.random.rand(10)y=np.random.rand(10)plt.scatter(x,y,color="r",s=12,linewidth=1.0,linestyle='--')plt.show()例14散点图的绘制方法importmatplotlib.pyplotaspltimportmathimportnumpyasnpx=np.linspace(0,2*math.pi)y1=np.sin(x)y2=np.cos(x)plt.figure()plt.plot(x,y1,’b-‘,x,y2,color='red',linewidth=1.0,linestyle='--')plt.xlim((0,2*math.pi))#设置坐标轴的取值范围plt.ylim((-1,1))plt.xlabel(u'x轴-时间',fontproperties='SimHei',fontsize=14)plt.ylabel(u'y轴-幅值',fontproperties='SimHei',fontsize=14)plt.show()例15使用matplotlib绘制正弦和余弦曲线。importmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnpfrommpl_toolkits.mplot3dimportAxes3Dfig=plt.figure()#定义figureax=Axes3D(fig)x=np.linspace(-1,1,10);y=np.linspace(-2,2,20);X,Y=np.meshgrid(x,y);#将figure变为3dZ=X**2-Y**2#计算高度Zax.plot_surface(X,Y,Z)

#3D曲面ax.set_zlim(-3,3)#设置z轴的维度plt.show()例16

四、动画设计

计算机动画的基本原理是采用连续播放静止图像的方法，产生景物运动的效果，它是计算机产生图形、图像的运动技术，也称为帧动画。1、动画常用函数（1）time.sleep(secs)，可使程序延迟secs时间，以秒为单位。可以是小数，换算成毫秒等单位时间。（2）tracer(n=None,delay=None)，功能：打开（True）/关闭（False）追踪动画，为更新的绘图设置延迟，设置tracer(False)可用于加速复杂图形的绘制。当参数为空时，返回当前存储值n。n为非负整数时则执行n次常规的画布更新，tracer(500,100)表示每延迟100毫秒展示500个画面步数。（3）update()，功能：执行画布的更新，当tracer关闭时使用。画布的事件（4）ontimer(fun,t=0)，功能：安装一个计时器，在t毫秒之后调用函数fun。其中：fun(函数)为一个无参函数，可自行定义，t(整数或浮点数)：一个大于等于零的数，用于计时。（1秒=1000毫秒）（1）listen(xdummy=None,ydummy=None)功能：将焦点设置在画布上(以便收集键盘事件)。两个伪参数是为了能够将函数listen()传递给函数onclick()。（2）onkey(fun,key)或onkeyrelease(fun,key)功能：将函数fun绑定到键盘上的按键释放事件。其中：fun(函数或None)：一个无参的函数。如果函数fun为None，则删除事件绑定。key(字符串)为按键按键符号(如“a”或“space”)。使用键盘事件画布必须有焦点。（3）onkeypress(fun,key=None)功能：将函数fun绑定到键盘上的按键事件。其中：fun(函数或None)是无参的函数，如果函数fun为None，则删除事件绑定。Key为字符串或None，如果给定key，则将函数fun绑定到键的按键事件，如果没有给定key，则绑定到任何键的按键事件。2、动画常用事件（4）onclick(fun,btn=1,add=None)或onscreenclick(fun,btn=1,add=None)功能：将函数fun绑定到此画布上鼠标单击事件。注：这个函数只有在名为onscreenclick的情况下才可以作为全局函数使用。而函数onclick()是从类Turtle的函数onclick()派生出来的另一个全局函数。其中：fun函数或None为带两个参数的函数，它与画布上单击点的坐标(x,y)一起被调用。如果函数fun为None，则删除现有绑定；btn(整数)为鼠标上按钮的数字，默认为1。1表示鼠标左键，2表示鼠标中间键，3表示鼠标右键；add(True或False或None)：如果为True，将添加一个新的绑定，否则将替换以前的绑定，其中调用参数方法：1）添加相应的图像形状：name是gif文件的名称，而shape是None。注：图像形状在旋转海龟时不旋转，所以它们不显示海龟的方向。2）添加相应的多边形形状：name是一个任意字符串，shape是几对坐标的元组。3）安装相应的复合形状：name是一个任意字符串，shape是一个(复合)形状对象。importturtleturtle.title("画圆")turtle.setup(800,600,0,0)pen=turtle.Turtle()pen.color("blue")pen.width(5)pen.shape("turtle")pen.speed(1)pen.circle(100)3、动画案例tracer函数的使用。例17importturtleast

colors=["red","green","blue","purple"]#t.tracer(False)#关闭动画

foriinrange(200):

t.pencolor(colors[i%4])

t.fd(i+1)

t.left(91)tracer函数的使用。例18屏幕滚动文字的效果设计。例19importturtleastimporttimet.color("blue")t.bgpic("bg1.png")#添加背景图案Texts=["作者：姜增如","《Python高级编程》","清华大学出版社","2022年12月","北京"]t.hideturtle()forninrange(5):#设置滚动次