Matplotlib - 多边形选择器

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简介

Matplotlib 没有专用的多边形选择器小部件。但是，Matplotlib 提供了一种处理鼠标事件的机制，我们可以使用这些事件处理功能来实现自定义多边形选择功能。

Matplotlib 允许我们捕获鼠标事件，例如按钮点击、鼠标移动和释放。我们可以利用这些事件来实现多边形选择工具，用户可以交互式地围绕所需数据点绘制多边形。

关键概念

以下是多边形选择器小部件的关键概念。

Matplotlib 中的事件处理

Matplotlib 提供了一个灵活的事件处理系统，允许我们捕获用户与绘图的交互。常见的事件包括鼠标点击、按键和移动。

Path 类

matplotlib.path 模块中的 Path 类表示一系列连接的线段和曲线段，可用于定义形状，例如多边形。我们将使用它来定义并检查点是否在选定的多边形内。

用例和扩展

以下是多边形选择器小部件的用例和扩展。

  • 区域选择 - 自定义多边形选择器可用于通过允许用户关注特定数据区域来定义和选择绘图中的特定感兴趣区域。
  • 数据过滤 - 选定的多边形点可用于过滤和分析已绘制数据集中的特定数据子集。
  • 与回调函数的集成 - 我们可以通过集成响应多边形选择的回调函数来扩展功能，从而允许根据选定区域执行自定义操作或分析。
  • 动态可视化 - 实现动态可视化更新，例如突出显示多边形内的点，可以增强用户体验。

自定义

我们可以根据特定需求增强和自定义多边形选择器。例如，我们可以添加清除当前多边形的功能，根据所选区域动态更新绘图，或将其集成到更大的交互式应用程序中。

实现步骤

现在让我们一起了解在 Matplotlib 中创建自定义多边形选择器的基本示例的步骤。

导入必要的库

首先，我们必须导入 Matplotlib 和 NumPy 库，用于绘图和数组操作。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

定义多边形选择器类

导入必要的库后，我们必须创建一个类来处理鼠标事件，并允许用户绘制多边形。

class PolygonSelector:
   def __init__(self, ax):
      self.ax = ax
      self.polygon = None
      self.vertices = []
      self.cid_press = ax.figure.canvas.mpl_connect('button_press_event', self.on_press)
      self.cid_release = ax.figure.canvas.mpl_connect('button_release_event', self.on_release)
      self.cid_motion = ax.figure.canvas.mpl_connect('motion_notify_event', self.on_motion)

定义事件回调

我们必须定义事件回调来实现处理鼠标按下、释放和移动事件的方法。

示例

def on_press(self, event):
   if event.inaxes != self.ax:
      return

   if event.button == 1:  # Left mouse button
      if self.polygon is None:
         self.polygon = plt.Polygon([event.xdata, event.ydata], closed=False, fill=None, edgecolor='r')
         self.ax.add_patch(self.polygon)
         self.vertices.append((event.xdata, event.ydata))
   else:
      self.vertices.append((event.xdata, event.ydata))

def on_release(self, event):
   if event.inaxes != self.ax:
      return

   if event.button == 1:  # Left mouse button
      if len(self.vertices) > 2:
         self.vertices.append(self.vertices[0])  # Closing the polygon
         self.polygon.set_xy(np.array(self.vertices))
         plt.draw()

   def on_motion(self, event):
      if event.inaxes != self.ax:
         return

   if event.button == 1 and self.polygon is not None:
      self.vertices[-1] = (event.xdata, event.ydata)
      self.polygon.set_xy(np.array(self.vertices))
      plt.draw()

创建绘图

接下来，我们必须生成样本数据并为该生成的数创建绘图。

x = np.random.rand(50)
y = np.random.rand(50)
fig, ax = plt.subplots()
ax.scatter(x, y)

初始化多边形选择器并显示绘图

现在用绘图的坐标轴实例化PolygonSelector类，然后显示绘图。

polygon_selector = PolygonSelector(ax)
plt.show()

现在让我们将上述所有步骤组合在一起。

输出
Create Plot

示例

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.patches import Polygon
from matplotlib.backend_bases import PickEvent
import numpy as np

class PolygonSelector:
   def __init__(self, ax):
      self.ax = ax
      self.points = []
      self.polygon = None
      self.cid_click = ax.figure.canvas.mpl_connect('button_press_event', self.on_click)
      self.cid_key = ax.figure.canvas.mpl_connect('key_press_event', self.on_key_press)

   def on_click(self, event):
      if event.inaxes == self.ax:
         if event.button == 1:  # Left mouse button
            self.points.append((event.xdata, event.ydata))
            self.update_polygon()

   def on_key_press(self, event):
      if event.key == 'enter':
         print("Polygon points:", self.points)
         self.reset_polygon()

   def update_polygon(self):
      if self.polygon:
         self.polygon.remove()
      if len(self.points) > 2:
         self.polygon = Polygon(self.points, edgecolor='red', alpha=0.2, closed=True)
         self.ax.add_patch(self.polygon)
         self.ax.figure.canvas.draw()

   def reset_polygon(self):
      self.points = []
      if self.polygon:
         self.polygon.remove()
         self.ax.figure.canvas.draw()

# Create a scatter plot with random data
np.random.seed(42)
x_data = np.random.rand(50)
y_data = np.random.rand(50)
fig, ax = plt.subplots()
ax.scatter(x_data, y_data)
# Initialize the PolygonSelector
polygon_selector = PolygonSelector(ax)
plt.show()
输出
Polygon Selector

示例

这是一个在 matpltlib 绘图上创建多边形选择器的另一个示例。

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.patches import Polygon
from matplotlib.backend_bases import PickEvent
import numpy as np
class PolygonSelector:
   def __init__(self, ax):
      self.ax = ax
      self.points = []
      self.polygon = None
      self.highlighted_points = None
      self.cid_click = ax.figure.canvas.mpl_connect('button_press_event', self.on_click)
      self.cid_key = ax.figure.canvas.mpl_connect('key_press_event', self.on_key_press)
   def on_click(self, event):
      if event.inaxes == self.ax:
         if event.button == 1:  # Left mouse button
            self.points.append((event.xdata, event.ydata))
            self.update_polygon()
   def on_key_press(self, event):
      if event.key == 'enter':
         self.highlight_points_inside_polygon()
         self.reset_polygon()
   def update_polygon(self):
      if self.polygon:
         self.polygon.remove()
         if len(self.points) > 2:
            self.polygon = Polygon(self.points, edgecolor='red', alpha=0.2, closed=True)
            self.ax.add_patch(self.polygon)
            self.ax.figure.canvas.draw()
   def reset_polygon(self):
      self.points = []
      if self.polygon:
         self.polygon.remove()
         self.ax.figure.canvas.draw()
   def highlight_points_inside_polygon(self):
      if self.highlighted_points:
         for point in self.highlighted_points:
            point.set_markersize(5)
         self.highlighted_points = []
      if self.polygon:
         path = self.polygon.get_path()
         points_inside_polygon = self.ax.plot([], [], 'o', markersize=8, markerfacecolor='yellow')[0]
         for i in range(len(self.ax.collections)):
            if isinstance(self.ax.collections[i], PickEvent):
               xs, ys = self.ax.collections[i].get_offsets().T
               points_inside = path.contains_points(np.column_stack((xs, ys)))
               self.highlighted_points.extend(
                  self.ax.plot(
                     xs[points_inside], ys[points_inside], 'o', markersize=8, markerfacecolor='yellow'))
               self.ax.figure.canvas.draw()

# Create a scatter plot with random data
np.random.seed(42)
x_data = np.random.rand(50)
y_data = np.random.rand(50)
fig, ax = plt.subplots()
ax.scatter(x_data, y_data)
# Initialize the PolygonSelector
polygon_selector = PolygonSelector(ax)
plt.show()
输出
Polygon Selector

填充多边形内的区域

在这个例子中，我们使用 matplotlib 库填充多边形内的区域。

示例
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.collections import PatchCollection
from matplotlib.patches import Polygon
import numpy as np
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
fig, ax = plt.subplots(1)
polygon = Polygon(np.random.rand(6, 2), closed=True, alpha=1)
collection = PatchCollection([polygon])
ax.add_collection(collection)
plt.show()
输出
polygon_filler

注意 - 要在绘图上绘制多边形，请拖动光标，坐标值将根据用户选择而变化。

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