Python3 – xのn乗のグラフ(matplotlibのsubplotとアニメーション)

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GIFアニメーション

matplotlibのアニメーション作成は2つ種類があって、ArtistAnimationとFuncAnimationとがある。

参考:matplotlib でアニメーションを作る

ArtistAnimation は、あらかじめ全てのグラフを配列の形で用意しておき、それを1枚ずつ流すというものである。FuncAnimationは予め完成したグラフを渡すのではなく、アニメーションの1フレームごとに関数を実行する。データが巨大すぎる場合や潜在的に無限に続く場合に便利。

ArtistAnimation

ArtistAnimationを使って、xの2乗~10乗のグラフを配列に入れて、アニメーションをつくってみる。

サンプルコード

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

def xpown(s, e):
    graphs = []
    fig = plt.figure()
    for n in range(s, e + 1):
        x = np.arange(-100, 100, 0.1)
        y = x ** n
        g = plt.plot(x, y, label='y = x ** {}'.format(n))
        graphs.append(g)
    plt.legend()
    ani = animation.ArtistAnimation(fig, graphs, interval=500)
    ani.save('pow1.gif', writer='imagemagick')

if __name__ == '__main__':
    xpown(2, 10)

結果

これだと、10乗のグラフのyが大きすぎて、他がみんな直線みたいになってしまった。

FuncAnimation

FuncAnimationを使ってやってみる。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

x = np.arange(-100, 100, 0.1)
n = 1
max = 10
fig = plt.figure()

def plot_pow(data):
    plt.cla()
    global n
    n = n + 1 if n < max else 2
    y = x ** n
    im = plt.plot(x, y, label='y = x ** {}'.format(n))
    plt.legend()

if __name__ == '__main__':
    ani = animation.FuncAnimation(fig, plot_pow, interval=400, frames=9)
    ani.save("pow2.gif", writer="imagemagick")

結果

指数が偶数ならy軸に対称のグラフになり、奇数なら原点に対象のグラフになります。原点に対象っていうのか。

Subplot

matplotlibで複数のグラフを表示したいときにsubplotが使えます。
参考:[Python]Matplotlibで複数のグラフを描画する方法

サンプルコード

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(-100, 100, 0.1)
fig = plt.figure()
ax = []
for i in range(9):
    y = x ** (i ++ 2)
    ax.append(plt.subplot2grid((3, 3), (i // 3, i % 3)))
    ax[i].set_title('y = x ** {}'.format(i + 2))
    ax[i].plot(x, y)
plt.show()

結果

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