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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(kāi)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

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gglot、seaborn、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(huà)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Figure、Axes、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(huà)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(jiàn)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(huà)布功能進(jìn)行封裝

matplotlib 模塊底層是基于硬的用戶畫(huà)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(huà)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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